Wird der New Glenn Gitterflossen haben? Warum oder warum nicht?

Die Gitterflossen des Falcon 9 existieren, um ein bestimmtes Problem zu lösen: Kontrolle während des ersten Abstiegs der Motoren. Die aerodynamische Stabilität während dieser Phase ergibt sich daraus, dass der Massenschwerpunkt aufgrund schwerer Motoren am Boden deutlich unter / vor dem Druckmittelpunkt liegt. Aber ein stabiler Abstieg an die falsche Stelle ist nicht das gewünschte Ergebnis. Darüber hinaus fliegt Falcon 9 ein bestimmtes Profil, das einige Fluglagenänderungen beinhaltet, sodass eine aktive Kontrolle erforderlich ist. SpaceX hat sich für Gitterflossen entschieden, anstatt leistungsfähigere Triebwerke oder andere aerodynamische Lösungen hinzuzufügen, aber wir wissen nicht genau, warum: Kosten? Gewicht (was im Grunde Kosten sind)? Zuverlässigkeit? Wiederverwendbarkeit?

Was ist mit einer größeren Rakete wie der neuen Glenn?

Wenn Sie eine aerodynamische Form einfach vergrößern und alles andere im Design konstant halten, wird sie stabiler: Abweichungen aufgrund von aerodynamischen Störungen (Wind) und Schwerkraft (dh nicht direkt über Motoren) führen zu einer langsameren Beschleunigung.

Warum? Das Trägheitsmoment$mL^2$wird erheblich größer, wenn auf ein größeres Objekt derselben Form hochskaliert wird.$m$größer ist (durch Skalierung, als Würfel von$L$),$L^2$ist größer. Die Skalierung ist allgemein wie$L^5$. Beachten Sie aber auch, dass Drehmomente erhöht werden: Sie wirken länger$L$, und kommen aus einem größeren Gebiet (wie$L^2$). Also, wieder genauso wie Skalierung, eine Winkelbeschleunigung eines aerodynamischen Fehlers geht als$1/L^2$, nimmt ab, wenn Objekte größer werden. Für die Schwerkraft skalieren die Kräfte wie$m$, das Drehmoment wie$mL$, also Winkelbeschleunigung geht wie$1/L$; mit der Größe abnehmend, aber nicht so stark wie im Nullfall. Fazit: Kontrollen (Flossen oder andere) können vergleichsweise kleiner werden (noch größer, aber nicht so viel größer wie die Rakete), wenn die Raketen größer werden.

Aber damit die Flossen funktionieren, müssen Sie einen Luftstrom haben. Beachten Sie, dass Blue Origin die Landung über eine Schwebephase zu bevorzugen scheint. Flossen sind dann nicht nützlich, Gitter oder sonstiges. Triebwerke werden benötigt.

Wie die Rakete aussieht, verwenden sie Flossen ohne Gitter, um den Druckmittelpunkt während des Flugs näher an den Massenmittelpunkt (dh nach unten) zu verschieben, was die Kontrollautorität reduziert, die sie während des Abstiegs benötigen. Triebwerke könnten dann ausreichen. In Kombination mit dem Wunsch nach einer Schwebephase verfolgen sie möglicherweise einen Ansatz mit Giant Thruster Capacity. Eine größere Rakete hat bereits mehr Kapazität für Triebwerke; Blue Origin hätte vielleicht einen Weg finden können, etwas mehr Kapazität hinzuzufügen und von einem komplizierten System mit beweglichen Flossen wegzukommen.

Flossen werden üblicherweise zur aerodynamischen Steuerung des Fahrzeugs verwendet. Gitterflossen sind eine einfachere und besser verstaubare Form (wie erwähnt flach zusammenklappbar, insbesondere während des Aufstiegs) von Flossen im Vergleich zu den herkömmlichen Flossen. Der New Glenn scheint dem Vermächtnis der während der New Shepard-Flüge entwickelten, getesteten und validierten Flossen zu folgen, bei denen herkömmliche Flossen verwendet wurden, um die Kontrolle in den atmosphärischen Teilen des Fluges zu erreichen.

Grid-Flossen sind normalerweise heckgesteuert, sodass sie größere Steuermomente im Vergleich zu Flossen liefern, die näher am Massenmittelpunkt liegen, was normalerweise bei Querrudern als Steuerfläche der Fall ist, im Vergleich zu Höhenrudern oder Seitenrudern. Sie dienen sowohl als Steueraktuatoren als auch als Widerstandsgeneratoren (sie sind so konzipiert, dass sie die Hitze aufrechterhalten, und SpaceX hat dies im Laufe der Zeit verbessert). Größere Raketen haben vielleicht bereits eine ausreichende Fläche für den Luftwiderstand und benötigen daher weniger Hilfe der Gitterflossen, und/oder die Blue Origin-Ingenieure haben geplant, dies anders zu erreichen, als es SpaceX plant. Ich bin mir nicht sicher, ob dies Ihre Frage vollständig beantwortet, aber ich habe das Gefühl, dass ich anderen Antworten einige Informationen hinzufüge.

Gitterfinnen stabilisieren das Fahrzeug, wie Sie erwähnt haben. Stellen Sie sich nun Folgendes vor: Wenn Sie einen Besenstiel am unteren Ende des Stiels balancieren, ist es viel einfacher, das Gleichgewicht zu halten, als wenn Sie dasselbe mit einem Bleistift versuchen würden. Denn das Trägheitsmoment des Bleistifts ist viel höher, wodurch ein größeres Objekt, der Besenstiel, leichter auszubalancieren ist. Aus diesem Grund benötigt der New Glenn, ein größeres Fahrzeug als der Falcon 9, keine Gitterflossen. Wenn Sie Renderings von SpaceXs Starship sehen , gibt es keine Gitterflossen, ich vermute aus einem ähnlichen Grund. Hoffe das hilft.