Starship Flight Test 2. «Разбор полётов»

13:03 19/11/2023
Комментарии 10 👁 2 579

Credit: SpaceX

Ранее в нашем журнале ” Всё о Космосе” мы рассказали, что в США стартовала система запуска Starship в рамках миссии Starship Flight Test 2.

Трансляцию запуска можно посмотреть по ссылке здесь.

18 октября 2023 года в 16:03 по МСК стартовала система Starship в рамках миссии Starship Flight Test 2 (IFT-2) с пусковой площадки Orbital Launch Pad (OLP A) в Starbase, Техас, США.

Ускоритель – Super Heavy B9.

Корабль – Starship S25.

Итоги:

Система Starship/Super Heavy стартовала с испытательного полигона Starbase компании SpaceX в Бока-Чика всего через несколько минут после открытия 20-минутного стартового окна. В целом полет прошел намного успешнее первых летных испытаний, которые закончились традиционно взрывом, хотя и в этот раз обе ступени оказались немного… “взрывоопасными”.

Повторюсь, что Илон Маск- человек, который может себе позволить взрывать тестовые модели своих ракет. Тестирование “в железе”- самый быстрый и дорогой путь проверки.

Напомню, что во время первого полета в апреле этого года у Booster 7 произошло возгорание в двигательном отсеке из-за скопления метана, возникшего в результате утечек топлива в кормовой части, что привело к плавлению и возгоранию проводки, затем и к потере управления большинством двигателей ракеты с бортового компьютера.

Чтобы смягчить последствия возгорания двигателя и потери управления компания SpaceX модернизировала систему продувки двигательного отсека, установив баки большего размера и большее количество вентиляционных отверстий, позволяющих выводить газы за пределы транспортного средства.

Второй по величине модернизированной системой является система прерывания полета на Starship и Super Heavy, поскольку SpaceX добавила более крупные заряды взрывчатого вещества и переместила их в более эффективное место для прерывания полета.

Изменения были внесены и в систему разделения ступеней- “горячее разделение” (Hotstaging). Концепция горячей расстыковки предполагает активацию двигателей корабля Starship еще до его полного отделения от ускорителя. Эта технология предназначена для увеличения полезной нагрузки Starship на 10%, призвана повысить летно-технические характеристики и упростить систему отделения первой ступени.

Ранее в нашем журнале “Всё о Космосе” мы рассказали, что Илон Маск выступил в формате видеоконференции на сессии 74-го Международного астронавтического конгресса в Баку. Маск сказал, что были извлечены уроки из советской ракеты Н1 при разработке Starship, который, по его словам, является ближайшей параллелью.

Когда его спросили, каковы будут ожидания от второго полета, Маск ответил, что не хочет ставить слишком высокую планку.

На этот раз все 33 двигателя Raptor прошли большую часть полета, пройдя через max q (максимальную точку аэродинамического давления). Причем большая часть ДУ отключилась, как и планировалось, через 2 минуты. 39 сек. после запуска.

Ship 25 запустил шесть своих ДУ Raptor и отделился от ракеты.

 

Подробнее про разделение ступеней и ДУ:

 

Во время первого теста при взлете Booster 7 работал с 30 двигателями при открытии дроссельной заслонки 90%, что привело к тому, что тяговооруженность (TWR) оказалась чуть выше единицы. Это привело к более медленному взлету и тому, что потребовалось больше времени, чтобы покинуть стартовую площадку. Время разгона двигателя ракеты решили сократить с шести до трех секунд.

Была проведена модернизация стартовой площадки, компания установила железобетонные свай внутри и вокруг площадки, вырыла 2 метра земли под орбитальной стартовой площадкой (OLM) и заложила очень большое количество арматуры. После заливки фундамента SpaceX уложила сверху арматуру для оголовка сваи, а затем приварила закладные детали сверху, к которым после установки приварили водоотводную пластину.

После бетонирования, SpaceX установила пламегаситель, значительно повысив надежность стартовой площадки.

 

Starship IFT-1 vs IFT-2

Старт Flight Test 2 был отложен на несколько минут из-за проблемы с “поздним нагнетанием давления” в верхней ступени, но во время обратного отсчета о других проблемах не сообщалось.

Целью этого полета было пройти “горячую расстыковку” ступеней. “Hotstaging” начался на высоте 70 км, когда ракета-носитель Super Heavy отключила большую часть своих двигателей, а вторая ступень запустила три двигателя Raptor Vacuum.

Корабль Starship включил свои шесть двигателей и отделился от ракеты примерно через 2 минуты и 45 секунд после старта.

Затем РН Super Heavy планировала выполнить маневр входа в атмосферу, чтобы подготовиться к приводнению в Мексиканском заливе. Однако примерно через 3 минуты 30 секунд после старта ракета-носитель разрушилась.

Super Heavy попыталась развернуться на 180 градусов, выключив двигатели на одной стороне ракеты.

После разворота несколько двигателей Raptor на Booster 9 не включились повторно, а некоторые начали досрочно отключаться, и можно увидеть вспышки, которые совпадают с выключением двигателей на графике SpaceX. Один за другим эти двигатели начали выходить из строя, пока примерно в Т+3:17 не произошел взрыв ракеты-носителя. SpaceX не подтвердила, сработала ли система прекращения полета Booster 9 или нет, но вероятность того, что этот сбой связан с резким отключением двигателя Raptor высока.

Кратко о неудаче:

00:00:02- старт (успех)

00:00:52Max q (успех)

00:02:39Booster main-engine cutoff (MECO),отключение главного двигателя ракеты (успех)

00:02:41
Starship engine ignition and stage separation (hot-staging) “горячее разделение ступеней (успех)

00:02:53начало маневра Boostback Booster- двигатели 9/10 первоначально были повторно включены, но вскоре после этого несколько двигателей вышли из строя.

00:03:47завершения манёвра Booster Boostback Burn – маневр Boostback burn не удалось провести из-за прогрессирующих отказов ДУ, за которыми последовало разрушение ускорителя в Т + 3:21.

00:08:33Отключение двигателя Starship (Starship engine cutoff, SECO)- работа ДУ прервана, и транспортное средство было ликвидировано в Т + 8:05 (из-за утечек топлива, в результате чего топливо и окислитель расходуются быстрее, чем ожидалось).

К сожалению, Booster 9 просуществовал недолго: он вышел из строя и был разорван на части аэродинамическими силами.

Комментаторы прямой трансляции SpaceX заявили, что это могло произойти из-за “невероятно динамичного” разделения ступеней, которое “создало большую нагрузку на верхнюю часть ракеты-носителя”. В следующий раз они “возьмут данные и придумают, как улучшить бустер”.

Возможно, что ракета-носитель получит как защиту верхнего купола, так и дополнительное разделительное кольцо, заполненное вентиляционными отверстиями.

Вторая ступень, Starship, похоже, не пострадала. Шесть двигателей заработали, и Starship продолжил подъем. Двигатели должны были выключиться через 8 минут и 33 секунды после старта. Примерно в этот момент в веб-трансляции из штаб-квартиры SpaceX в Хоторне, штат Калифорния, послышались громкие аплодисменты, свидетельствующие о том, что все в порядке.

Профиль полета заключался в том, чтобы Starship продолжал двигаться на восток вокруг земного шара и приводнился в океане к северу от Гавайев. Для этого испытательного полета не предполагалось, что он выйдет на орбиту, хотя его часто называют орбитальным летным испытанием-2 или OFT-2. SpaceX обозначает его как Integrated Flight Test-2 или IFT-2.

Однако сегодня произошло не совсем то.

В момент потери телеметрии Starship находился на высоте 148 километров и двигался со скоростью более 24 000 километров в час, что близко к орбитальной скорости.

Джон Инспрукер из SpaceX вскоре объявил, что они потеряли сигнал от Starship. ” … Сейчас мы считаем, что система автоматического прерывания полета на второй ступени, похоже, сработала очень поздно, когда мы направлялись вниз над Мексиканским заливом”.

Транспортное средство почти дошло до конца работы двигателей, прежде чем SpaceX потеряла телеметрию.

SpaceX ориентировалась на орбитальные скорости, а не на орбиту, поэтому, когда двигатели Ship 25 отключились, корабль должен был двигаться с ошеломляющей скоростью 27 000 км/ч. Однако примерно к отметке Т+8:00 скорость была чуть менее ошеломляющей — 24 000 км/ч.

После выключения произошел выброс газа, который мог быть вызван остановкой двигателей или каким-то другим событием, а затем гораздо больший выброс газа, который совпал с завершением полета FTS. Все, что мы знаем на данный момент, это то, что FTS был запущен Starship, но никто из SpaceX не заявил, почему он был запущен.

И плитка термозащиты все еще отваливается. Если бы Ship 25 смог войти в атмосферу, шансы на то, что он выживет, были бы низкими.

Отчет от Джонатана Макдауэлла:Space Report No. 826

SpaceX осуществила второй полноценный испытательный полет Starship 18 ноября.
с Booster 9 и Ship 25, запущенными из Бока-Чика. Starship добрался до
космоса, но не на орбиту.

Судя по веб-трансляции Spaceflight Now, я оцениваю, что время зажигания ДУ было
около 13:02:47 UTC, а время старта было около 13:02:53 UTC (улучшенное время).

Booster 9 совершил успешный старт со всеми двигателями Raptor. Отключение главного двигателя (MECO) произошло на высоте 70 км. T+2m45s.

“Горячее разделение” ступеней произошло около Т+2:48.В этот момент на Ship 25 заработали ДУ начиная с траектории 6196 x 95 km x 26 градусов.

Однако ракета-носитель впоследствии взорвалась в Т+3:20, на высоте 90 км.

Метеорологические радары зафиксировали облако обломков около 94.4W 25.6N.

Ship 25 продолжал ускоряться, но в Т+7:07 произошла какая-то аномальная ситуация.

Это событие было видно в шлейфе ракеты, а в Т+8:04 транслировалось по интернету.

Значения телеметрии застыли на высоте 149 км, скорости 6,701 км/с.

Компания SpaceX позже объявила, что на корабле активирована система
прерывания полета к концу работы ДУ, которое по плану полета должно
было остановились в Т+8:33 на маргинальной орбите размером
примерно 50 х 250 км.

Цифры высоты оставались постоянными в течение некоторого времени до того как
данные “застыли”, что позволяет предположить, что в тот момент полет был почти горизонтальным.

Из этого я делаю вывод, что реальная суборбитальная траектория составляет:
-1750 x 149 km x 26.5 градусов, точка падения в Атлантике примерно
в 13:19 UTC около 5W 19N, к северу от Пуэрто-Рико и Виргинских островов
США.

Действительно, облако обломков было обнаружено в данных метеорологического радара NOAA в то время и в этом месте, подтверждающий этот анализ.

Метеорологические радары также зафиксировали облако обломков ракеты
в Мексиканском заливе, 94.3W 25.6N.

 

Голландский астроном Марко Лангбрук (Dr. Marco Langbroek) считает:

На высоте 148 км, непосредственно перед выключением двигателя, что-то пошло не так, и механизм самоуничтожения корабля разрушил его.

Точка разрушения около 25,0 северной широты и 88,9 западной долготы, хотя, возможно, она могла бы быть немного ниже, ближе к Кубе и Флориде.

Данные прямой трансляции, показанные в веб-трансляции непосредственно перед потерей телеметрического контакта, показали скорость около 6,7 км/с на высоте 148 км.

Используя эти базовые значения и оценку местоположения точки разрушения, астроном смоделировал результирующий вектор в GMAT, используя модель атмосферы MSISE90, которая является частью GMAT. Ученый смоделировал результаты для ряда масс в диапазоне от 0,1 кг до 50 кг и с фиксированной поверхностью сопротивления 1 м2 для каждого фрагмента независимо от массы. Это достаточно для общего представления.

Приблизительное представление о том, где могли оказаться уцелевшие обломки: вероятно, на расстоянии около 1500 км от места разрушения, недалеко от юго-восточных Багамских островов, к северу от Кубы и Доминиканской Республики.

Обновление: На изображении метеорологического радара NOAA виден след обломков радара недалеко от Пуэрто-Рико. Существует также видеозапись из Пуэрто-Рико. Это примерно на 800 км дальше, чем результаты модели, и, вероятно, вызвано тем, что значительная часть Starship распадается при входе в атмосферу. Ученый смоделировал неповрежденную верхнюю ступень Starship (сухая масса 120 тонн, площадь сопротивления 63,6 м2) для двух начальных скоростей в точке «распада»: 6,7 км/с и 7,0 км/с.

Последнее значение приближает его к тому месту, где метеорологический радар отображает след обломков. Это может означать, что он был практически нетронутым, пока не распался в верхних слоях атмосферы к северу от Пуэрто-Рико.

 

Для третьего полета запланированы Ship 28 и Booster 10, они уже имеют несколько улучшений. Ожидается, что после третьего полета SpaceX будет последовательно создавать пары носителей и кораблей. Например, Ship 29 будет летать с Booster 11, Ship 30 будет летать с Booster 12 и т. д.

Ранее в нашем журнале “Всё о Космосе” мы опубликовали статью “Starship – уникальное инженерное решение Маска или вера в С. Королёва?

Ирина Дорошенко (Filipok)

10 Comments

  1. Filipok:

    В статью внесены дополнения

  2. Точка разрушения находится в середине Персидского залива или в Мексике
    Это да. Это мощно!

    1. Filipok:

      Опечатка в первоисточнике, вместо Gulf of Mexico, автор опечатался Gulf or Mexico. Исправила. В середине Мексиканского залива. Действительно мощно. Спасибо.

  3. Aslan Tsoutiev:

    Единственным существенным препятствием для развития космонавтики в США являются государственные органы США. Они хорошо помогут Китаю опередить Америку по космическим полётам…

      1. А что плохого в советском мышлении?

        1. Отвечу одним словом – показуха. Попу газеткой вытирали и рапортовали о том, что перегнали США по выплавке чугуна, который тому США в таких количествах был просто не нужен. Про последнее – умалкивали. Ну сделают китайцы больше пусков и это США унизит? В том то и дело, что США сделают их столько, сколько им нужно, а не с целью “догнать и перегнать”.

    1. “Извините, сомневающиеся: Starship действительно совершил удивительно успешный полет
      Всего лишь второй полет Starship, возможно, столь же успешен, как и ракета НАСА SLS.
      Саут-Падре-Айленд, штат Техас. Запуски звездолетов проясняют события. Довольно быстро после старта выясняется, кто разбирается в ракетном деле, а кто — случайные наблюдатели, лишенные понятия.
      Еще до того, как я покинул зону наблюдения за запуском на острове Саут-Падре, в субботу утром мою ленту новостей начали заполнять заголовки.
      Wall Street Journal написала: «Второй испытательный полет космического корабля SpaceX завершился еще одним взрывом».
      Блумберг был еще более суров: «Запуск и провал космического корабля SpaceX и сверхтяжелой ракеты-носителя».
      Возможно, после консультации со своими репортерами, редакторы впоследствии изменили эти онлайн-заголовки. Да и сами истории лучше отражали действительность. Тем не менее, большая часть средств массовой информации, освещающих запуск, вынесла суровый вердикт: очередной провал Илона Маска и SpaceX.
      Первая ступень ракеты Starship Super Heavy взорвалась. А в верхней ступени Starship произошел сбой, из-за которого взорвалась его система прекращения полета — взрывчатка на борту на случай, если корабль начнет отклоняться от курса.
      Но этого следовало ожидать от такого экспериментального испытательного полета, расширяющего границы.

      Быстрое восстановление наземных систем
      Вот чего на самом деле добилась компания SpaceX, запустив свой второй звездолет в субботу утром с узкого полуострова на южной оконечности Техаса.
      Первый запуск ракеты в апреле нанес значительный ущерб стартовой установке и окружающей инфраструктуре. По указанию основателя SpaceX Илона Маска компания попыталась определить, сможет ли ей сойти с рук запуск массивной ракеты без усовершенствованной системы шумоподавления, позволяющей уменьшить повреждение стартовой площадки. Оказывается, это нет. Первый запуск звездолета разрушил стартовую площадку, разбросав куски бетона на многие мили вокруг.

      Маск и SpaceX усвоили урок и полностью перепроектировали и перестроили стартовую площадку, включив в нее сложную систему шумоподавления на водной основе. К августу, всего четыре месяца спустя, она не просто построила сложную систему, но и протестировала ее. Все эти изменения привели к созданию гораздо более надежной стартовой площадки, которая практически невредимой пережила субботний старт.
      После этого я поговорил с Филипом Ренчом, инженером, который проработал в SpaceX пять лет и какое-то время руководил звездной базой компании недалеко от пляжа Бока-Чика в Южном Техасе. Он был впечатлен скоростью восстановления и бесперебойностью операций наземной поддержки субботнего запуска.
      «То, о чем я думаю и что, вероятно, для большинства остается незамеченным, — это то, насколько чрезвычайно жарко и влажно в Бока в конце лета и осенью», — сказал он. «Команда, которая только что восстановила орбитальную стартовую установку, затопление водой и оставшуюся стартовую площадку, сделала это в самое жаркое и самое ужасное время года. Я помню, что почти каждый день в августе и сентябре во время работы на площадке у меня был легкий тепловой стресс. Я выражаю благодарность тем техническим специалистам, сварщикам и инженерам, которые провели последние семь месяцев в полевых условиях, чтобы добиться этого».

      Быстрая модернизация ракеты
      Инженеры SpaceX также быстро модернизировали первую ступень ракеты-носителя Super Heavy, чтобы решить проблемы, связанные с многочисленными отказами ракетных двигателей Raptor во время первого полета. Во время субботнего запуска все 33 двигателя Raptor сгорели на полную мощность, и на пути в космос не произошло ни одного сбоя.
      Кроме того, инженеры компании собрали данные о совершенно новом компоненте ракеты, получившем название «горячее стартовое кольцо». Эта промежуточная ступень находится над первой ступенью Super Heavy и под верхней ступенью звездолета. Это новое оборудование было предназначено для облегчения «горячей ступени», сложного маневра через пару минут после начала полета при отделении ступеней, при котором двигатели верхней ступени звездолета загораются до того, как первая ступень сверхтяжелой ракеты завершится. Этот маневр был заснят камерами слежения за землей, и он потрясающий”.

      Эрик Бергер
      Из https://arstechnica.com/space/2023/11/heres-why-this-weekends-starship-launch-was-actually-a-huge-success/

      1. Алексей ХОХЛОВ:

        Частное мнение Эрика Бергера не отменяет того факта, что разделение ступеней произошло на скорости 5664 км/час (1,57 км/сек), что явно недостаточно для выведения корабля Starship на орбиту. Так нижняя ступень ракеты Сатурн-5 (работая на менее эффективном топливе – керосине) к моменту отделения достигала скорости 2,74 км/сек.

Добавить комментарий