tallinn
Литва
Эстония
Латвия

Технологии

О том, как русские инженеры посмеялись над Илоном Маском: очень умная статья

Российский журналист Дмитрий Конаныхин объяснил на своей странице в Facebook известному канадскому предпринимателю и инвестору Илону Маску, что не так с его проблемной ракетой Falcon 9 («Сокол-9»).

 

«9 сентября гений частного космоса Илон Маск опубликовал два сообщения-твита. Он сообщил, что его компания столкнулась при запуске ракеты-носителя «Сокол-9» «с самой сложной и запутанной аварией за четырнадцать лет». Второй твит был ещё удивительнее: «В частности, стараемся понять причину негромкого удара за несколько секунд до появления вспышки. Возможно, он раздался на борту ракеты или где-то ещё».

В этом сообщении самая ценная информация —  «негромкий удар» (the quieter bang sound — можно ещё литературней перевести – «приглушённый звук разрыва, приглушённый хлопок»).

Что ж… Если американские инженеры не знают, в чём причина «негромкого удара», придётся рассказать, что знают русские инженеры. Здесь и далее — то, чему меня учили.

Если специалисты фирмы SpaceX до сих пор не сказали, что случилось в районе стыковки магистралей заправки и дренажа со второй ступенью ракеты-носителя, то это большой «ой», так как они наверняка знают причину. (Почему они молчат, скажу в конце записи).

По моему опыту, который в меня вдолбили мои учителя, жидкий кислород, ввиду его высокой плотности (1140 кг/кубометров при нормальной температуре кипения кислорода 90К = —183С) является весьма «гидроударной» жидкостью. Поэтому от греха подальше все диаметры магистралей и скорости заправки подбираются таким образом, чтобы в самых узких сечениях скорость кислорода не превышала 2 м/с.

Так как «Сокол-9» изначально конструктивно является супертяжелённой ракетой, то для повышения энергетики пусков и возможности вывода на орбиту хоть какой-то приемлемой полезной нагрузки компания SpaceX была вынуждена применить в качестве топлива переохлаждённый керосин и в качестве окислителя переохлаждённый кислород. За счёт переохлаждения «масковцы» заправляют в ту же ракету приблизительно на 15% больше кислорода и на 2,5% больше керосина.

НО.

При этом плотность жидкого кислорода уже не 1140 кг/кубометров, а все 1300 кг/кубометров. Одновременно с повышением плотности возрастает и вязкость жидкого кислорода. Более вязкий кислород при том же давлении течёт медленнее, значит, для сохранения циклограммы (времени) заправки «масковцы» были вынуждены «поддавить» насосы и увеличить давление заправки. Соответственно, скорость потока переохлаждённого жидкого кислорода тоже увеличилась.

Назвать точные цифры не могу — я не знаю, как сильно они форсировали режимы заправки, но совершенно точно то, что скорости заправки жидкого кислорода повышенной плотности возросли — допускаю, что на 10-15%. А это, ребята, прекрасные условия для возникновения гидроудара. 

Как возникает гидроудар по жидкому кислороду? Если в трубопроводе есть газовый пузырь (а он обязательно возникает при любой задержке — кислород интенсивно кипит в тёплых магистралях при начале заправки), то в силу ничтожной плотности газа по сравнению с жидкостью при открытии клапана газ просвистывает через клапан, жидкий кислород под давлением устремляется по трубе и всей несжимаемой массой ударяется об «узость» — там, где тормозится: или в изогнутом гибком рукаве заправочной магистрали, или в замке стыковки с бортом, или в бортовом клапане.

Энергия удара описывается знакомой всем школьникам формулой кинетической энергии: массу разогнавшейся жидкости надо умножить на квадрат скорости потока и поделить пополам.

Какая же это может быть энергия? В магистрали длиной в сотню метров (а высота «Сокола-9» составляет 70 м — со всеми загибами и наземными участками получается как раз минимум 100 м — ещё раз — это минимум, реально больше) при диаметре трубы заправки, скажем, в 100 мм (для небольшой второй ступени) каждый погонный метр трубы содержит 10 (десять) килограммов жидкого кислорода. Соответственно, в трубе длиной 100 метров разгоняется одна тонна окислителя (малолитражный автомобиль). Если скорость в трубе ничтожных 3 метра в секунду, то это в привычных нам размерностях составляет 11 км/ч (скорость бегуна в парке).

А теперь возьмите свою машину, разгонитесь до слабенькой скорости 11 км/ч и впилитесь в бетонный столб. Что произойдёт? Бампер, минимум, всмятку. Вот то же самое происходит и с узлами стыковки заправочных магистралей — если случается гидроудар по жидкому кислороду.

Поэтому, я думаю, что приоритетной версией «негромкого звука» («приглушённого хлопка») является гидроудар по переохлаждённому жидкому кислороду с последующим разрушением гибкого рукава узла стыковки магистрали заправки жидкого кислорода (возможно, замков стыковочного узла или участка бортовой магистрали) с течью сварных швов, с одновременным нарушением герметичности узла стыковки соседней магистрали заправки керосина (там всё очень рядом), смешением кислорода с керосином в районе подключения коммуникаций к борту (скорее всего, внутри борта) — и последующим воспламенением парожидкостного «коктейля».

Второй, не менее неприятной для SpaceX версией является авария по дренажу бака с переохлаждённым кислородом и разрушение кислородного бака. В этой версии есть мутное место — если керосин был герметичен, то такого взрыва не могло быть.

Второй-с-половиной версией является разрушение чего-либо кислородного (по гидроудару в магистрали или превышению давления в баке) с последующим попаданием жидкого кислорода в систему гарантированного пуска двигателя второй ступени. Но для этого нужно понимать компоновку второй ступени и где бортовики смонтировали ёмкости с триэтилборатом и триэтилалюминием.

А теперь — почему SpaceX вынуждена глухо молчать.

Если это гидроудар на заправке, если это гидроудар на переохлаждённом кислороде, то это неустранимая конструктивная ошибка — надо или уменьшать расходы заправки, увеличивать время заправки и резко увеличивать потери кислорода за счёт испарения. То есть заново проверять все дренажи, заново всё нудно и упорно отрабатывать. А это месяцы и месяцы тяжёлой работы, никаких пусков, сплошные расходы. Но самое неприятное —  надо что-то так объяснить миллионам пытливых фанатов частного космоса, чтобы они ни о чём не догадались.

Это нетривиальная задача, но, я уверен, блестящая PR-служба SpaceX с этой задачей справится.

С пламенным приветом Илону Маску, с пожеланиями получше понять причину «негромкого удара».

P.S. В ходе небольшой технарской головоломки выяснилось, что гении конструирования разместили шар-баллоны гелия высокого давления в выштамповках бака жидкого кислорода. В этом случае, версия о беде с композитным-шар-баллоном тоже выкатывается на авансцену. Но это такой липкий ужас, что без мата комментировать невозможно“.

Источник 

BaltNews.ee напоминает, что  считающийся одним из самых вдохновляющих инвесторов менеджеров Запада Илон Маск сумел получить на разработку ракеты-носителя Falcon 9 и космического корабля Dragon 400 млн долларов прямых инвестиций, которые затем увеличились до  двух миллиардов долларов. С 2002 года он так и не сумел создать полностью функционирующей ракеты и корабля. Планы NASA по переводу полетов американских астронавтов и грузов на Международную космическую станцию с российских ракет-носителей на ракеты Маска оказались сначала отменены в 2015 году, а затем и вовсе перенесены на неопределенный срок. В январе 2016 на инвестиционном форуме в Гонконге Маск сообщил о том, что его компания надеется осуществить полет на Марс в 2020—2025 годах, примерно через 9 лет. Но для этого ему нужно еще больше денег, чем давали до сих пор.

Загрузка...

Сюжеты