Kürzliche Falcon 9-Flüge – „aufgefüllt“ mit Treibstoffen oder nur ein Spielraum über dem, was für die Landung benötigt wird?

Eine vereinfachte Version der Landeoptionen könnte lauten: Wenn genügend Treibstoff vorhanden ist, sieht der Plan vor, dass die erste Stufe von F9 umkehrt und den ganzen Weg zurück zum Startbereich geht, um zu landen.

Wenn nicht, wird ein Drohnenschiff bequem in Reichweite platziert, sodass viel weniger Treibstoff zum Landen benötigt wird.

Werden in beiden Fällen alle Tanks „für alle Fälle“ auf absolut 100 % ihrer Kapazität aufgefüllt oder werden sie nur mit der voraussichtlich benötigten Menge zuzüglich einer Sicherheitsmarge gefüllt?

Der Grund, warum ich frage, was tatsächlich getan wird, ist, dass ich mich daran zu erinnern scheine, dass "übriges" Treibmittel tatsächlich hilfreich sein könnte, da der Schub der (drei?) Triebwerke bei der Landung viel mehr ist als das Gewicht einer leeren 1. Stufe. auch wenn er gedrosselt ist.

Wie in verwandten Fragen erörtert, ist ein hoher TWR im endgültigen Landeanflug tatsächlich wünschenswert (bis zu einem gewissen Punkt), da dies die Brennzeit und damit die Schwerkraftverluste minimiert.
@RussellBorogove Danke, deshalb frage ich, was tatsächlich getan wird, außer dass ich in der letzten Frage in einen hypothetischen Ton abgedriftet bin. Ich werde das jetzt beheben und versuchen, einige frühere Antworten zum Verknüpfen zusammenzufassen.
Die frühen Grasshopper-Flüge scheinen mehr vertikale Bewegungen zu machen als Blue Origin, aber natürlich kommen diese nicht aus dem Weltraum zurück. Ist es falsch von mir zu glauben, dass SPX eines Tages bis zu diesem Punkt kontrollierte Landungen bekommt?

Antworten (4)

Alle Tanks einer Trägerrakete werden immer zu 100 % gefüllt. Es vereinfacht die Dinge sehr, weil die Rakete gleich wiegt und sich gleich verhält. Bei "halbleeren" Tanks wäre zum Beispiel der TWR beim Start anders. Der Gewichtsunterschied zwischen den Nutzlasten beträgt ungefähr ~ 1% der Startmasse iirc, sodass sich die Dinge nicht wesentlich ändern.

Auch die Reserve für den Fall der Fälle ist wichtig. Der jüngste Fall von Cygnus OA-6 wäre ein Fehlschlag gewesen, wenn Atlas V und Centaur nicht bis zum Maximum getoppt worden wären. Dasselbe gilt für SpaceX CRS-1 . Die Motorausfallfähigkeit ist genau "wenn mit einigen Motoren etwas Schlimmes passiert, verwenden Sie die Kraftstoffreserven und brennen Sie länger, was möglicherweise einen Landeversuch verbietet" .

Ein Grund, warum Tanks zu 100 % gefüllt sind, liegt darin, dass es zu schwierig ist, "Max-Q" für jeden Flug neu zu berechnen?
Ich würde nicht zu schwer sagen , aber nicht nötig .
@uhoh: TWR, Flugbahn, Landeplatz, Drosselung, Manöverdrehmomente und Dauer - so ziemlich alles . Der Betrieb der ersten Stufe ist komplex genug. Alle "Anpassungen" können an der zweiten Stufe vorgenommen werden, die nicht den strengen Wiedereintrittsbedingungen unterliegt und sich ohnehin an die Nutzlastanforderungen (Zielumlaufbahn, Masse, Geometrie usw.) anpassen muss.
Max Q hängt sowieso von der Flugbahn ab, also gehe ich davon aus, dass es sowieso jederzeit neu berechnet wird.
@PearsonArtPhoto richtig, dann kein gutes Beispiel. Entschuldigung dafür
Ich glaube jedoch, dass es den Max-Q-Effekt verschlimmern würde, also haben Sie Recht, dass dies ein Problem darstellt.
@PearsonArtPhoto würde es früher passieren, also in einer dichteren Atmosphäre und zu mehr Luftwiderstand und Kräften oder mehr Drosselung und damit zu mehr Schwerkraftverlusten führen?
Hier ist, was meine Frage überhaupt motiviert hat - es scheint mir viel hilfreicher zu sein, das Gewicht während des Wiedereintritts in einem begrenzten Bereich zu halten, wo Sie (meistens) keine Kontrolle über Schubvektoren haben und sich auf Gitterflossen verlassen, um zu steuern, und wo die Rakete sozusagen "rückwärts fliegt", und das Ziel ein Kreis von wenigen Metern ist, wo Sie alle sechs Freiheitsgrade gleichzeitig festnageln müssen , anstatt in eine Umlaufbahn zu gelangen, wo a Kilometer oder ein halbes Dutzend Meter pro Sekunde können leicht untergebracht werden.
OK, wenn zusätzlicher Kraftstoff Ihnen eine bessere Toleranz gegenüber Motorausfällen verschafft, dann ist das ein ziemlich guter Grund und könnte wahrscheinlich als Grund für sich allein stehen. Ich kann auch sehen, dass, wenn die erste Stufe nur zu 80% betankt wäre, Sie zwar versuchen könnten, den Start ungefähr ähnlich zu gestalten, indem Sie anders drosseln, dies jedoch wahrscheinlich nicht so einfach oder ratsam ist, wie es zunächst klingen mag.
@uhoh keine Ahnung, ob es dazu ein offizielles Wort gibt. Ich erinnere mich, dass ich vor einigen Monaten einige Diskussionen darüber gelesen habe (als die Probleme mit verdichtetem Treibmittel tatsächlich auftraten), aber jetzt keine spezifische gefunden habe. Ich glaube, es liegt daran, dass die beworbene Engine-Out-Fähigkeit davon abhängt und es wirklich keine tatsächlichen Nachteile gibt (ich weiß, dass einige hier erwähnt wurden und ich diese nicht wichtig genug finde) - aber ohne nachvollziehbare Quellen ist das nur meine Meinung und Ich sollte das wahrscheinlich in der Antwort angeben.
Es kann eine kleine Abweichung geben. Manchmal entscheiden sie sich möglicherweise nicht dafür, so absolut kalt wie nötig für die maximal mögliche Dichte zu unterkühlen, aber das klingt nach einer anderen Frage. Es ist beispielsweise möglich, dass für das kälteste RP-1 ein etwas größeres Risiko besteht, die hohe Viskosität die Pumpen stärker belastet und einen höheren Druck erfordert, um es mit der gleichen Geschwindigkeit zu bewegen. Oh nein, das klingt sehr nach einer neuen Frage, die auf @@ kommt
Nein, Tanks sind nicht immer zu 100 % gefüllt. Bei der Ariane 1-4 war es Routine, die zweite Stufe nur bis zu dem für die Mission erforderlichen Füllstand zu füllen. Bei der Ariane 40 und 42P wurde die erste Stufe niedriger befüllt, da ein voller Tank zu einem zu niedrigen Schub-/Gewichtsverhältnis führen würde. Für Falcon 9 habe ich den Eindruck (aus Diskussionen auf nasaspaceflight.com), dass die Bühnen auch nicht immer zu 100% gefüllt sind, ich werde sehen, ob ich eine Referenz finden kann.
@Hobbes Danke, sehr interessant! Es klingt wirklich seltsam, ein Fahrzeug zu konstruieren, das nicht einmal vollgetankt vom Pad abheben kann, aber ich denke, es war für einige Kategorien von Nutzlasten sinnvoll, die soliden Booster nicht zu bezahlen, anstatt andere LV zu verwenden. Über die F9 bin ich mir ziemlich sicher, dass ich in der Diskussion mehrmals darüber gelesen habe, dass sie gefüllt ist, und es machte viel Sinn, aber es könnte auch falsch gewesen sein, also teilen Sie bitte den Link, wenn Sie ihn finden können.

Es macht wirklich keinen Sinn, die Tanks nicht ganz zu füllen, und allen Grund dazu.

Gründe, den ganzen Weg zu füllen:

  • Vereinfacht Abläufe
  • Der anfängliche Start ist für alle Starts gleich
  • Hält die maximale Beschleunigung konstanter
  • Leere Tanks können Schwappen verursachen, was schlimm sein kann.
  • Treibstoffreserve für den Notfall.

Gründe nicht:

  • Spart sehr wenig Geld (weniger als 1 % der Startkosten entfallen auf Treibstoff)
Wenn Sie möchten, können Sie das, was ich oben im Kommentar erwähnt habe, zur "Nicht zu"-Liste hinzufügen . Wenn ich versuchen würde, Raketen auf Booten zu landen, hätte ich gerne ein wiederholbareres Wiedereintrittsgewicht, während ich es lerne, und möglicherweise immer, wenn ich könnte. OK, ich weiß, ich weiß, es ist ein Schiff, kein Boot , ich mochte nur den Klang dort.
...oh, und kleinere Explosionen, wenn es umfällt.
@uhoh Irgendwann ist eine Explosion eine Explosion und die Größe spielt für den Schaden keine Rolle. "Wir müssen eine neue Rakete bauen" wird unabhängig von der Explosion wahr sein. Außerdem ist das Systemgewicht für die Steuerungstheorie weitaus weniger wichtig, als Sie vielleicht denken - es geht hauptsächlich um die Dynamik des Systems, die sich mit dem Gewicht des Systems nicht wesentlich ändert (außer nahe kritischen Werten).
@Emrakul Ich bin mir sicher, dass Sie mit Explosionen besser vertraut sind als ich. Wenn Sie also sagen, dass sie alle ziemlich gleich sind, unabhängig von der Größe, nehme ich Ihr Wort dafür. Wenn eine Rakete im freien Fall zur Erde zurückkehrt, hängt die Endgeschwindigkeit, die Reynolds-Zahl usw. nicht direkt vom Gewicht ab? Es ist die eigentliche Aerodynamik einer Rakete, die rückwärts fliegt, mit meist nur gegitterten Flossen zur Kontrolle, die versucht, einen Kreis von wenigen Metern mit allen sechs Freiheitsgraden zu treffen , die mich beunruhigt. Steuerungstheorie ist nur Mathematik – die Aerodynamik hier ist hart.
@jkavalik macht einen guten Punkt . Die Geschwindigkeits- und Neigungsspielräume für die Beine, um erfolgreich anzuhalten und eine unvollständige Landung zu korrigieren, sind wahrscheinlich enger, wenn die Masse der Rakete höher ist. Ich denke, Ihre Liste der "Gründe, die es nicht tun" ist wirklich unvollständig, es sei denn, Sie können ein technisches Argument hinzufügen, dass es den Beinen egal ist, wie schwer die Rakete aufgrund einer nicht idealen Landegeschwindigkeit und -lage ist. Wenn ich eines dieser Beine wäre und die Fluglage um mehrere Grad abweichen würde und die Vertikalgeschwindigkeit nicht Null wäre, würde ich mich sicher darum kümmern!
Wenn Sie zusätzlichen Treibstoff haben, machen Sie eine langsamere, kontrolliertere Landung, um den zusätzlichen Treibstoff zu verbrennen, es ist nicht wirklich ein großes Problem.
Oh! Ich verstehe, was du meinst - das macht sehr viel Sinn. Vielleicht ist die Idee von "zu viel Treibstoff, um leicht zu landen", die ich zuerst durchgegangen bin, weniger real. Es gilt nicht so gut, wenn ein Drohnenschiff genau in dem Moment von einer Schurkenwelle getroffen wird, in dem eine Sonneneruption die relative GPS- und Radarreichweite ausschaltet und durch eine Schule fliegender Fische blockiert wird, die zwischen der F9 und (versuchen) zu fliegen das Schiff, aber den Rest der Zeit, OK. Nun, wenn Sie genug zusätzlichen Treibstoff haben, können Sie mit mehreren Neustarts auf und ab pogo, bis die fliegenden Fische weg sind.
@uhoh du pogo nicht :) du beginnst einfach mit minimalem Schub höher zu brennen und lässt die Schwerkraftverluste ihren Tribut fordern.
@jkavalik Ich benutze Humor. Ich schlage vor, dass Sie aufgrund einer unerwarteten Reihe von Ereignissen (Schurkenwelle, Sonneneruption und fliegende Fische) vielleicht etwas warten sollten. Zu dem Zeitpunkt, an dem fliegende Fische ein Problem darstellen würden, wären Sie jedoch sehr nah dran. Da der Schub zu stark ist, können Sie nicht auf der Stelle schweben. Ihre einzige Möglichkeit (falls Sie überhaupt eine haben) für einen erneuten Versuch ist, wieder nach oben zu gehen, dann die Motoren abzuschalten, dann wieder zu fallen, dann wenn Sie Komm näher, starte sie wieder und weiter und weiter ... Boing! Boing! Boing!
@uhoh Ich hoffte, das war der Grund für meinen Smiley :) Ich glaube, ein solcher Abbruch und erneuter Versuch ist nicht möglich - mit vollem Schub nach oben zu gehen, könnte in Ordnung sein (für einige Zeit - es gibt keinen Nasenkegel, daher ist die Höchstgeschwindigkeit begrenzt), aber wenn die Motoren ausschalten, die Bühne wird imho versuchen, sich umzudrehen, die Motoren zuerst und bricht (ein Grund, warum Sie den Hitzeschild nicht auf eine theoretisch wiederverwendbare zweite Stufe legen möchten, keine Möglichkeit, nach dem Aerobraking sicher zur Landung umzudrehen). Thrust Vectoring sollte ausreichen, um die Stufe während des motorisierten Aufstiegs stabil zu machen, aber Grid Fins werden es danach nicht mehr sein.
@jkavalik Nun, es gibt auch keinen Nasenkegel auf der Unterseite, aber das hindert sie nicht daran, sehr schnell mit neun Düsen zuerst durch die gesamte Atmosphäre zu fliegen, was anscheinend auch meistens bei ausgeschalteten Triebwerken der Fall ist. Ich wollte fragen: "F9-Touch-and-Go und Abbruch-Ansatz - wie konnten sie das tun (wenn sie aus irgendeinem Grund mussten?", aber wenn Sie die Antwort nicht kennen, können Sie zuerst fragen! Können Sie erklären, welches Drehmoment in YHO vorhanden ist, das dazu neigt, die Rakete umzudrehen, wenn die Triebwerke ausgeschaltet sind?Vielleicht in der Frage?
@uhoh, die fallende Bühnenatmosphäre ist wie ein (Rasen-) Pfeil - Gitterflossen für die Federn, Motoren als Kopf - sie wird von Motoren stabil gehalten, die zuerst schwer gehen. Versuchen Sie, einen Pfeil nach hinten zu werfen, er wird sich drehen. Für die Nase - Motoren sind aus Metall, die Zwischenstufe ohne Nase ist ein hohler Verbund(?)-Zylinder, der weder für Erwärmung noch für aerodynamische Belastungen im Inneren ausgelegt ist.
@jkavalik nur um dich wissen zu lassen, dass ich immer noch über deine Analogie nachdenke - es ist wirklich hilfreich. Ich habe hier weiter nachgefragt .
Wenige Dinge - Kein POGOing auf der Bühne. Sie haben eine begrenzte Anzahl von Triebwerksneustarts zur Verfügung, da sie die Chemikalien für jedes Wiederzünden (TEA/TEB) transportieren müssen. Vielleicht könnten sie mehr an Bord passen, aber das ist nicht im aktuellen Design. Außerdem ist das Fliegen zwischen den Stufen zuerst viel anders als das Triebwerk zuerst. Triebwerksglocken sind so gebaut, dass sie die volle Schubkraft der Rakete aufnehmen können, sehr robust. Interstage trifft nie auf Kräfte in diesem Bereich, daher ist es zweifelhaft, dass es überbaut genug ist, um es zu überstehen. Auf CRS7 aerodynamische Kräfte auf der Zwischenstufe zerstörten wahrscheinlich Stufe 1, nachdem Stufe 2 geplatzt war.

Nein, Tanks sind nicht immer zu 100 % gefüllt.

Für Falcon 9 :

Der Tankfüllungsanteil, insbesondere in der zweiten Stufe, ist missionsabhängig (die Optimierung der Raketengleichung - das Hinzufügen von Leistungsspielraum macht das, was Sie im Unterricht lernen, sehr ideal).

Kryotanks sind jedoch normalerweise voll gefüllt.

a. es begrenzt den Umfang der durchzuführenden Analyse
b. An den Tanks gibt es nur Leer- und Vollsensoren
c. aufgrund des Abdampfens der Stütze ist es schwierig, die Last anhand des Kopfdrucks genau zu bestimmen.

Es ist nur einfacher, voll zu starten und den Überschuss im Orbit zu behandeln

Bei der Ariane 1-4 war es Routine, die zweite Stufe nur bis zu dem für die Mission erforderlichen Füllstand zu füllen. Dies hatte mit dem Leitsystem zu tun, sie beschlossen, die Motorabschaltung der zweiten Stufe auf eine bestimmte Geschwindigkeit einzustellen.

Bei der Ariane 40 und 42P wurde die erste Stufe niedriger befüllt, da ein voller Tank zu einem zu niedrigen Schub-/Gewichtsverhältnis führen würde. (Quelle: Europäische Trägerraketen 1: Von der Diamant zur Ariane 4 – Europas steiniger Weg in den Orbit, B. Leitenberger)

Das ist sehr hilfreich - danke! In der Tat ist es sinnvoll, zweimal nachzudenken (oder 2n-mal, wenn n = 1, 2, 3 ...), wenn Sie einen Füllgrad für Tanks der 2. Stufe auswählen.

Bei der Landung ist ein Nachteil von vollständig vollen Tanks bei Missionen mit geringer Leistung der mögliche Schaden, den eine herunterfallende Bühne verursachen würde.

Wir sahen bei den mehreren gescheiterten Landeversuchen der ASDS JRTI und OCISLY die Schäden, die eine Anlegestelle (JRTI für CRS-5 (Jan 2015), CRS-6 (Apr 2015) und Jason-3 (Jan 2016) dann auf OCISLY mit SES-9 (März 2016)) tun können.

Als Jason-3 landete, aber ein Bein nicht blockierte und es langsam umkippte, war die Explosion des Treibstoffs und des Oxidationsmittels, als die Tanks durchstochen wurden, beeindruckend. Je mehr Treibstoff übrig ist, desto größer ist der potenzielle Knall. Da das Ziel jedoch eine erfolgreiche Landung und kein Absturz ist, ist dies möglicherweise weniger besorgniserregend.

Ein weiterer möglicher Nachteil wäre, wenn so viel Kraftstoff übrig wäre, dass die Beine das Gewicht nicht bewältigen könnten.
@jkavalik das ist ein guter Punkt! Wenn die Rakete nicht perfekt vertikal landet, muss das erste zu treffende Bein tatsächlich in der Lage sein, genug Kraft auszuhalten, damit es einen Moment vermitteln kann, um es wieder in die Vertikale zu kippen. Es ist kein trivial einfaches Problem, sondern ein großartiges technisches Problem, über das man nachdenken sollte. Schöne Frage und Antworten hier :)
@jkavalik das ist ein guter Punkt! Wenn die Rakete nicht perfekt vertikal landet, muss das erste zu treffende Bein tatsächlich in der Lage sein, genug Kraft auszuhalten, damit es einen Moment vermitteln kann, um es wieder in die Vertikale zu kippen. Die vollständige Dynamik der Landung ist kein trivial einfaches Problem, sondern ein großes technisches Problem, über das man nachdenken muss. Schöne Frage und Antworten hier, obwohl die Antworten (einschließlich meiner) alle den mechanischen Kipppunkt anzusprechen scheinen, der von unzerbrechlichen Beinen ausgeht, und nicht die Tatsache, dass die Beine ihre eigenen mechanischen Grenzen haben.
Kürzliche Falcon 9-Flüge – „aufgefüllt“ mit Treibstoffen oder nur ein Spielraum über dem, was für die Landung benötigt wird?
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