Evoluce Falconu 9  
Budou tomu téměř čtyři roky od doby, kdy jsem sledoval první malý a nesmělý skok Grasshopperu na testovacím stanovišti. Byla sobota 21. září roku 2012 a SpaceX tehdy začala testovat motorické přistání prvního stupně rakety.

Tehdy šlo o zmenšeninu raketového stupně s mohutnou podpůrnou konstrukcí, na které raketa stála. První poskočení Grasshopperu nebylo výše než dva metry. Když jsem viděl video z uskutečněného testu, na jednu stranu jsem měl velkou radost, že se sen pomalu stává realitou. Na stranu druhou jsem ale chtěl víc. První drobný skok byl na videu stěží vidět a hlavně, doba, za kterou měl první stupeň Falconu 9 přistát při ostré misi, se zdála neuvěřitelně daleko. Nejeden fanoušek SpaceX včetně mě měl tehdy skryté obavy, jak se budou testy přistání vyvíjet a zdali tato průkopnická firma vše dotáhne do úspěšného konce.

Grasshopper při jednom ze svých testů ve výšce několika set metrů.  Zdroj: http://www.space.com/
Grasshopper při jednom ze svých testů ve výšce několika set metrů. Zdroj: http://www.space.com/

Po třech letech a třech měsících od prvního skoku pak nejnovější verze Falconu 9 úspěšně vynesla několik satelitů ORBCOMM na oběžnou dráhu a první stupeň bezproblémově přistál kousek od místa startu. 8. dubna letošního roku pak přišlo ještě náročnější přistání na lodi v oceánu. Pojďme se v úchvatném videu podívat, jakou cestu prošel Falcon 9 od prvního drobného skoku Grasshopperu až k sebejistému přistání v minulém týdnu.

 



Jednomotorový Grasshopper začal drobnými skoky jednou za několik málo měsíců. Výška skoků se ale postupně zvyšovala, až jsme byli svědky několikasetmetrových letů. Začátkem roku 2014 pak SpaceX představila zařízení F9R Dev (Falcon 9 Reusable Development Vehicle), které už bylo daleko více podobné prvnímu stupni Falconu 9. Mělo shodnou výšku, sklopné přistávací nohy a tentokrát už tři motory Merlin 1D. Tou dobou se ale všechno nečekaně zrychlilo. SpaceX přistoupila ke zkouškám přistání prvního stupně během operačních letů na oběžnou dráhu. Nejdříve šlo o testy vstupu do atmosféry, řízení, přistávání na vodní hladinu a nakonec i na palubu lodi ASDS. To vše souběžně s testovacími lety F9R Dev na základně McGregor v Texasu. Na základně získaných zkušeností byl neustále upgradován řídící a naváděcí systém a raketě přibyla řídící roštová kormidla. Nakonec pak přišla úspěšná přistání na pevnině i na moři, o kterých už byla řeč výše.


 

Nezbývá, než si jen přát, aby dalších úspěšných přistání bylo co nejvíce a SpaceX aby dál úspěšně posouvala hranice možného a vyšlapávala cestám do vesmíru novou cestu.

 

Zdroje obrázků:

https://www.nasaspaceflight.com/
http://www.space.com/

Psáno pro Kosmonautix a osel.cz

Datum: 19.04.2016
Tisk článku

Otroci raket - Magnus Kurt
 
 
cena původní: 175 Kč
cena: 175 Kč
Otroci raket
Magnus Kurt
Související články:

Havárie na cestě k ISS     Autor: Michael Voplatka (30.10.2014)
Chang’e 5 T1 pokračuje v přípravách na návrat vzorků z Měsíce     Autor: Michael Voplatka (05.09.2015)



Diskuze:

...

Jozef Vyskočil,2016-04-19 15:08:27

Mne sa zdá takéto pristátie hodne neefektívne a riskantné. Raketový motor je pri nulovej rýchlosti málo účinný a ťahať so sebou palivo, ktoré sa použije len na pristátie tiež nebude najlepší nápad. Padák, alebo raketoplán s lepšou koncepciou ako používala NASA sa mi zdajú vhodnejšie.

Odpovědět


Re: ...

Jan Macháčekx,2016-04-19 18:11:31

Padak vhodny neni vubec, nelze urcit misto dopadu a hlavne rychlost dopadu znamena poskozeni, tedy nepouzitelnost prvniho stupne pro dalsi let (pri padu na pevnou zem). Pad do vody, jako pouzivaly SRB by bylo nevyhodne kvuli agresivite slane vody. To delalo problem i SRB a nachylnost konstrukce rakety s kapalnym palivem a pevnym je uplne nekde jinde.
Paliva tolik tahat netreba a u raketoplanu byste tahal mnohem vic "mrtve vahy" v kridlech s konstrukcnich prvcich. Ostatne proto se od teto koncepce upustilo.

Odpovědět


Re: Re: ...

Jozef Vyskočil,2016-04-20 03:52:21

Padak vhodny neni vubec, nelze urcit misto dopadu a hlavne rychlost dopadu znamena poskozeni, tedy nepouzitelnost prvniho stupne pro dalsi let (pri padu na pevnou zem). Pad do vody, jako pouzivaly SRB by bylo nevyhodne kvuli agresivite slane vody. To delalo problem i SRB a nachylnost konstrukce rakety s kapalnym palivem a pevnym je uplne nekde jinde.
Paliva tolik tahat netreba a u raketoplanu byste tahal mnohem vic "mrtve vahy" v kridlech s konstrukcnich prvcich. Ostatne proto se od teto koncepce upustilo.

Moderný padák - krídlo sa dá riadiť. Pri dotyku so zemou sa často používajú malé rakety na TPH. Jeden ultralight spoľahlivo lieta s nafukovacím krídlom. Lety raketoplánu boli ukončené kvôli neriešiteľným problémom s poškodzovaním tepelnej izolácie v dôsledku nešťastnej koncepcie s upevnením družicového stupňa na boku nádrže. Inak by lietali doteraz. Menej závažným (ekonomickým) nedostatkom boli jednorázové nádrže, ktoré zhoreli v atmosfére. Nakoniec sa ukázalo, že všetky náklady za opakované použitie niektorých častí kompletu nevedú k nižšej cene oproti jednorazovým raketám s pristánim na padáku.

Odpovědět


Re: Re: Re: ...

Jan Macháčekx,2016-04-20 10:46:28

Padaky mi popisovat nemusite, mam s nimi bohate zkusenosti, sam na nich roky letam a obecne se teto technice se zajmem venuji. Zadny riditelny padak neumoznuje v takove velikosti dostatecne presne a jemne pristani a pomocne "male rakety" na zpomaleni, jeste na tuhe palivo jsou u tak velkeho "kusu zeleza" uplny nesmysl.
A to uz vubec neresim velikost a hmotnost takoveho padaku. Garantuji, ze cely ten "zachranny" mechanizmus by vazil mnohem vic, nez ta trocha paliva pro pristani.
Ja o duvodech zruseni raketoplanu nic nepsal, mluvil jsem o konceptu "letadla", ktery proste pro dopravu nakladu na obeznou drahu nevhodny.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: ...

Jozef Vyskočil,2016-04-20 19:28:30

Všetko je to na úrovni viery, my dvaja to počítať nebudeme. Moja viera je, že to nikdy nebude v pravidelnej prevádzke. Veď uvidíme. Koncept lietadla je pre niektoré použitie vhodný, momentálne s tým lieta tuším USAF, len lietadlo musí byť inde, napríklad na špici. Problém je v tom, že viacnásobne použiteľné je len to lietadlo.

Odpovědět


Re: ...

Tomáš Kohout,2016-04-19 18:14:03

Zřejmě si to SpaceX dobře spočítala. Na základě studií a kontroly kusu, který nedávno přistál na pevnině, vyšlo, že start s již použitým 1.stupněm by měl stát cca 50% ceny nového. Jak se chcete s padákem trefit na malou plošinu v moři (o tom, že vrátit se nad pevninu nelze už vůbec) ?

Raketoplán se ukázal jako ekonomická sebevražda. Pokud by měl být 1. stupeň okřídlený, tak samotná křídla a podvozek by tvořily docela velkou zátěž navíc. Při současném řešení SpaceX netaháte navíc vyjma malé řídící jednotky, výsuvných nohou a kormidel nic. Pouze vám musí zbýt v nádržích trochu paliva. Navíc vyřešení motorického přistání se nehodí jen pro přistávání na Zemi. ;-)

Odpovědět


Re: Re: ...

Jozef Vyskočil,2016-04-20 07:28:45

Pristánie na plošine je ich problém. NASA mala veľmi dôkladne spočítanú efektivitu raketoplánu a nevyšlo to. Tak to občas chodí.

Odpovědět


Re: Re: Re: ...

Vojtěch Kocián,2016-04-20 11:31:08

Raketoplán byl spočítaný na mnohonásobně větší vytížení a pak se navíc vyskytly problémy s výměnou dlaždic tepelné izolace, nutností po každém letu odmontovat a repasovat motory a z pomocných motorů SRB se také nezachránilo vše (tryska byla na odpis). Především to ale bylo monstrum pro které nebylo využití - k vynesení jednoho velkého satelitu se vynášelo navíc sedm lidí a stroj mnohem těžší, než ten satelit. Občas se taková konfigurace hodila, ale jinak to byly vyhozené peníze. Malý raketoplán ve formě návratové kabiny jako připravovaný DreamChaser (zatím se vyvíjí jen nákladní) by už budoucnost mít mohl.

Z prvního stupně klasické rakety kluzák jen tak neuděláte, to byste musel začít znovu. Kolik by vážila křídla a podvozek oproti nohám a palivu při řešení SpaceX, těžko říct. Na padák je to v každém případě hodně těžké a měkké přistání není jen tak. Dobrždění pomocí malých motorků na tuhé palivo jako u třeba u návratové sekce Sojuzu není až taková legrace. I přesto, že mají kosmonauti odpružená křesla, je to docela rána (on je to v podstatě taky jen dobře spočítaný výbuch, podívejte se na videa z přistání). Jeden Američan, který předtím létal raketoplánem se po přistání v Sojuzu vyjádřil ve smyslu, že pokud to mělo být měkké přistání, tak nechce zažít to tvrdé. Použití řiditelných motorků jako se plánuje u Dragonu 2 je možné, ale tím se v podstatě dostáváme do stejného stavu, v jakém přistává první stupeň Falconu 9. Kombinace takového řešení s padákem není dobrá, protože vítr snadno rozhodí stabilitu přistávacích motorů.

Odpovědět


Re: ...

Drahomír Strouhal,2016-04-20 09:00:14

Nevím, kde jste přišel na to, že raketový motor je při nulové rychlosti neefektivní. Konstrukce raketového motoru u jednotlivých stupňů naopak umožňuje dosahovat maximální efektivity v rámci nadmořské výšky, na kterou je daný stupeň konstruovaný. Jediné, co přímo ovlivňuje efektivitu raketového motoru, je konstrukce trysky kvůli atmosferickému tlaku.
Naopak, například proudový nebo náporový motor jsou při nulových a nízkých rychlostech neefektivní, protože se velká část výkonu motoru musí spotřebovat na kompresi vzduchu, který nevytváří tlak dopředným pohybem.
Toto se u raketového motoru řešit nemusí. Ten si veze okysličovadlo s sebou a okysličovací proces je nezávislý na rychlosti.
Motory, které jsou optimalizované pro poměr výkon/váha při nízké rychlosti jsou vrtulové a turbovrtulové. To se ale u raket neřeší, protože stráví v těchto rychlostech pár vteřin. Při zrychlení 3G dosáhne raketa mezní funkční rychlosti turbovrtulového motoru asi za 25 vteřin.
Za dalších 7 vteřin překoná raketa rychlost dopravního letadla. Během jedné minuty od startu překonává raketa rychlost, jíž je schopný dosáhnout proudový motor s forsáží. Za dvě minuty od startu překonává rychlost dosud vyrobených náporových motorů. Jenže to už je dávno mimo atmosféru, takže tam náporový motor už vůbec nemá smysl.

A to se bavíme o zrychlení, které je určené pro přepravu lidské posádky, tedy 3G (jež bylo standardem u raketoplánů). Pro transport neživé hmoty se používají vyšší zrychlení. I kdyby byl raketový motor při nízké rychlosti neefektivní, nikdy by se nevyplatilo použít pro nízké rychlosti něco jiného kvůli zbytečné konstrukční složitosti. Jenže raketový motor je nejefektivnější forma pohonu, jaká je známá. Dochází totiž k využití 50% výkonu pro dopředný pohyb.
Například spalovací motor automobilu má jen 35%. Jenže ten většinou nepoužíváme k vertikálnímu pohybu, ale k pohybu po rovině, takže drtivá většina výkonu spalovacího motoru se spotřebuje jen na překonání tření. Raketa se zdá být neohrabaná, protože musí zprvu překonat obrovskou váhu paliva, které nese. Pokud se ale podíváte na přistávací manévr Falcona 9, tak je velmi hbitá - nese už totiž minimum paliva a nenese žádné další stupně - je tedy lehoučká. Na přistávací manévr tedy spotřebujete minimum paliva, doslova setiny toho, s čím jste startoval.

Odpovědět


Re: Re: ...

Jozef Vyskočil,2016-04-21 07:01:00

Rozmýšľam nahlas: Potrebujú urobiť presne opačný manéver ako pri štarte, kedy sa spustia motory, raketa sa uvoľní z rampy a stúpa, pričom vektorovanie ťahu ju udržuje stabilnú podobne, ako balancovanie s metlou na prste. Pristávací manéver môže trvať niekoľko minút a najväčší problém bude asi trafenie rampy a hlavne prichytenie. Aj pri dobrom počasí môže byť vietor vo výške dosť nevyspytateľný a odviať raketu mimo rampy.

Odpovědět


Re: Re: Re: ...

Drahomír Strouhal,2016-04-21 14:44:47

https://en.wikipedia.org/wiki/Falcon_9_v1.1#Control

Používá se GPS kombinovaná s akcelerometry pro pohyb v suborbitální fázi. Má tři počítače, v každém z nich po dvou nezávisle řízených procesorech. Výpočty jsou tedy šestkrát jištěné. Raketa sestupuje v GPS koridoru a ke korekci způsobenými právě větrem a dalšími vlivy (turbulence apod.) používá akcelerometry. To stačí k tomu, aby se trefila na plošinu s dostatečnou přesností.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: ...

Jozef Vyskočil,2016-04-21 17:56:32

V tom problém nevidím. Na pristátie z veľkej výšky a vzdialenosti až po mechanické zachytenie bude treba príliš veľa času a paliva. Napríklad pre Harrier je kolmé pristátie mimoriadne náročné na palivo a to má možnosť priblížiť sa pomocou krídel. Keby mal pristáť len kolmo z výšky napríklad 10 km, tak by mu asi palivo nestačilo.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: ...

Vít Výmola,2016-04-21 19:16:36

Jak "bude"? Raketa Falcon 9 létá v této návratové konfiguraci už dva roky. Komerčně! Nikdy jí nechybělo palivo na vynesení nákladu. Na přistání chybělo jednou, když to špatně spočítali :).
Takže, můžeme se bavit o tom, jak a jestli bude návrat prvního stupně výhodný. Ale problém s palivem už bych raději nechal historii.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: ...

Jozef Vyskočil,2016-04-22 05:17:37

Tak uvidíme, či odvezie viac a lacnejšie ako klasické rakety. Napríklad historická ruská Semiorka.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: ...

Josef Hrncirik,2016-04-23 12:33:19

Není co řešit.
Wiky píše:
Palivo má specifický impulz 340s.
Doba hoření je 375 s.
Raketa tedy získává podle impulzové věty konečnou rychlost mírně nadzvukových -350 m/s.
Čest jejich památce.

Odpovědět


Je to nesporně úspěch, jen ho věrohodně popsat se nepodařilo

Josef Hrncirik,2016-04-23 22:01:36

Píše se 9 motorů Merlin v 1. stupni, 1 ve 2. Vše LOX + RP1. Tankováno podchlazené.
Náklad 5-13t.
1. stupeň 150 m3 LOX + 95 m3 RP1 (stechiometrie 88% teorie) hoření 160s, impulz 348s
2. 28 + 17 95
1.+2.+ zátěž = 505t.
Palivo v 1.stupni 245t; zbytek 505-245=260t
Rychlost 348*9,81*ln(505/260)=2270m/s - 160*9,81m/s = 690 m/s + 200-200 m/s rotace Země, aerodynamický odpor tedy max. rychlost = 2,1M nikoliv hlásaných 10M v 80 km výšky, ale výšky jen 55 km ve 160s.
Tvrdili, že podchlazení hmot zvětšilo hustoty, že vzali o 6% více což stačilo při přibržďování a zabrždění.
0,06*245t = 15t; 9,81*348*ln(209/194)= 272 m/s brzdný efekt pokud to shoří okamžitě.
Bude to hořet 15/245*160=10s; decelerace 27 m/s2; Zapálit motor by měli 1,350 km nad plošinou.
Kde udělali soudruzi z III. říše chybu?

Odpovědět


Re: Je to nesporně úspěch, jen ho věrohodně popsat se nepodařilo

Vít Výmola,2016-04-24 00:27:25

Můžete zformulovat lidsky pochopitelnou větu, aby bylo jasné, co tím chcete říct?

Odpovědět


Stěny nádrží jsou z Hi Tech Al-Li

Josef Hrncirik,2016-04-24 08:52:36

Kolik váží plný a prázdný motor se však tají.
Odhad.
Start 505t. Hlavice až 13t. 10 motorů.
1 plný motor cca (505-13)= 49,2t
Plyny. 1. stupeň 150m3 LOX podchlazený na hustotu 1096kg/m3 + 95m3 RP při 830kg/m3 = 243t.
Plyny z 1 motoru 243/9 = 27t.
Prázdný motor 49,2-27=22,2t.
Činitel jakosti stupně Ms/Mk = 49,2/22,2=2,22.
Přítel Werner ve své A2 (osvědčené pod obchodním názvem V2) i za našeho úspěšného bombardování svých továren dosahoval při vzletové hmotnosti 12,8t plněním 4,9t LOX + 3,8t špiritusu činitele jakosti 12,8/4,1=3,1.
Platíme málo našim zajatcům?
Máme příliš hmotné hlavice?
Přestal platit Moorův zákon?

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni












Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace