FestivalNauki.ru
En Ru
cентябрь-ноябрь 2019
176 городов
September – November 2019
312 cities
11-13 октября 2019
МГУ | Экспоцентр | 90+ площадок
14–16 октября 2016
Центральная региональная площадка
28–30 октября 2016
ИРНИТУ, Сибэскпоцентр
14–15 октября 2016
Центральная региональная площадка
23 сентября - 8 октября 2017
«ДонЭкспоцентр», ДГТУ
ноябрь-декабрь 2018
МВДЦ «Сибирь»,
Вузы и научные площадки города
6-8 октября 2017
Самарский университет
27-29 октября
Кампус ДВФУ, ВГУЭС
30 сентября - 1 октября
Ледовый каток «Родные города»
21-22 сентября 2018 года
ВКК "Белэкспоцентр"
9-10 ноября 2018 года
Мурманский областной Дворец Культуры
21-22 сентября 2019 года
22-23 октября 2019 года
29-30 ноября 2019 года
7-8 сентября 2019 года
27-29 сентября 2019 года
4-5 октября 2019 года
10-12 октября 2019 года

Суперкузнечик из нержавейки

ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ДИРЕКТОР И ГЛАВНЫЙ КОНСТРУКТОР КОМПАНИИ SPACEX ИЛОН МАСК, СТОРОННИК ИДЕЙ МУЛЬТИПЛАНЕТАРНОГО ЧЕЛОВЕЧЕСТВА И КОЛОНИЗАЦИИ МАРСА, ПРИСТУПИЛ К СОЗДАНИЮ ЛЕТНОГО ДЕМОНСТРАТОРА КОСМИЧЕСКОГО КОРАБЛЯ БУДУЩЕГО. С ПОМОЩЬЮ НЕТРАДИЦИОННЫХ СРЕДСТВ – АВТОКРАНОВ И ЭЛЕКТРОСВАРКИ – ЕГО СТРОЯТ УДАРНЫМИ ТЕМПАМИ НА ПЛОЩАДКЕ БЛИЗ ТЕХАССКОЙ ДЕРЕВНИ БОКА-ЧИКА.

 

 

SpaceX и раньше делала демонстраторы для отработки новых технологий в полете. В 2012–2014 гг. на своем полигоне в Мак-Грегоре она провела 13 полетов ракет Grasshopper («Кузнечик») и F9R Dev1: в коротких «подскоках» высотой не более километра испытала технологию автоматической вертикальной реактивной посадки.

Официально новый демонстратор, отличающийся от прежних затейливой формой, размерами и материалом корпуса, служит для проверки двигателей и элементов конструкции. Он практически целиком склепан из тонких листов нержавейки и оснащен тремя новыми мощными двигателями Raptor («Хищник»). Форма и конструкция аппарата отражают изменения в концепции межпланетной транспортной системы ITS (Interplanetary Transport System), проектируемой SpaceX для доставки людей и грузов в целях создания в будущем самоподдерживающейся колонии на Марсе. Многоразовый сверхтяжелый носитель, впервые представленный Маском в 2016 г., состоял из сверхтяжелой первой ступени (ускорителя) BFR (Big Falcon Rocket) и второй ступени – космического корабля MCT (Martian Colonial Transport); при стартовой массе 10 500 т (три «Сатурна-5»!) он мог доставить на низкую околоземную орбиту от 300 т до 500 т полезного груза  – в зависимости от варианта исполнения. Через год публике презентовали обновленный транспорт гораздо более скромных масштабов.

 

СТАЛЬНОЙ ЗВЕЗДОЛЕТ

В сентябре 2018 г. Маск сообщил новые подробности системы, которая по общей компоновке и габаритам незначительно отличается от предыдущей итерации. Теперь первую ступень положено называть Super Heavy 

AISI 301 – прочный и одновременно пластичный материал с хорошей свариваемостью и коррозионной стойкостью – с успехом использовался для изготовления конструкции ракет Atlas – вплоть до предпоследнего варианта, который летал до февраля 2005 г.

«Супертяж»), а вторую  – Starship («Звездный корабль»). Последняя сменила облик и приобрела три несущие поверхности, выполняющие, помимо аэродинамических функций, роль посадочных опор. По внешнему виду ступень стала напоминать ракету на монументе покорителям космоса в Москве. В декабре 2018 г. публику слегка ошарашили сообщением: основным конструкционным материалом системы станет нержавеющая сталь AISI 301, а не углепластик, как в предыдущих вариантах. 24 декабря Маск опубликовал в твиттере фото двух элементов летного демонстратора (конической носовой секции и цилиндрического основания с тремя посадочными опорами), подписанное «Звездный корабль из нержавеющей стали» (Stainless Steel Starship). Отказ от углепластика объяснялся тем, что он сохраняет высокие характеристики лишь в узком диапазоне температур: армирующие элементы (углеродные волокна) всегда остаются прочными, но полимерная матрица (обычно  – эпоксидная смола) становится хрупкой при криогенных температурах или же «течет» при нагреве свыше 150°С. В обоих случаях композит теряет прочность. У  стали в комнатных условиях удельная прочность гораздо хуже, зато сохраняется при нагреве до 800°С и даже заметно растет при охлаждении до температуры жидкого кислорода, не теряя пластичности (значит можно не бояться развития микротрещин, что важно для многоразовой конструкции). Илон Маск считает, что для защиты углепластика, вероятно, придется применять дорогостоящие керамические плитки, а нержавейку, скорее всего, вообще не потребуется защищать: стальной корпус можно охлаждать, как ракетный двигатель, прокачивая жидкий метан под давлением между двумя слоями стали, соединенными силовыми ребрами. Попутно обеспечивается жесткость конструкции: такой «сэндвич» не сложится гармошкой при наземной эксплуатации, как это иногда случалось в первые годы эксплуатации носителей семейства Atlas. Разработчики предлагают перфорировать наружный слой обшивки системы огромным количеством микроскопических отверстий, через которые будет выдавливаться жидкий метан: испаряясь, он сможет еще сильнее охлаждать конструкцию. Корпус же «Звездного корабля» будет отполирован до зеркального блеска для отражения лучистого теплового потока при входе в атмосферу. Таким образом, нержавейка при температурах, характерных для баков, предназначенных для криогенных компонентов топлива (в данном случае для жидкого кислорода и жидкого метана), способна обеспечить снижение массы конструкции по сравнению с углепластиком, а при возвращении с орбиты – снизить массу теплозащиты. Наконец, Маск попытался на пальцах объяснить, почему нержавеющая система будет дешевле углепластиковой. Килограмм углеродного волокна стоит 135 $, а при изготовлении конструкции в брак и отходы уходит до 35 %, что увеличивает удельную стоимость материала примерно до 200 $. Килограмм AISI 301 стоит каких-то три доллара, и купить ее можно где угодно без ограничения объема – эта сталь входит в продуктовую линейку почти каждого производителя нержавейки. Специалистам-ракетчикам очень не нравится подобное упрощение: они понимают, что такой популизм лишь переключает внимание публики с очевидных экономических проблем. Да и сам Маск признает, что смену материала он продавил только своим авторитетом  – среди инженеров SpaceX не все с ним согласны, считая решение неочевидным. Демонстратор-«прыгун» (hopper) будет того же диаметра, что и ступень,  – 9 м, но меньшей длины.

Недавно SpaceX провела новый раунд финансирования, принесший ей 500 млн $. В настоящее время общая рыночная стоимость компании оценивается в 30 млрд $.

Из Бока- Чика планируется серия полетов на высоту не более 5000 м. «Я проведу полную техническую презентацию ракеты Starship после полета испытательного аппарата, который мы строим в Техасе. Надеюсь, это будет гдето в марте или апреле», – поделился Маск в твиттере. Хоппер изготавливался очень высокими темпами. Больше всего поражала стройка на улице, что как-то не вязалось с представлениями о ракетном производстве. Впечатление усугублялось тем, что жестянщики довольно неряшливо клепали корпус из гнутых (а местами и мятых) листов полированной нержавейки. В  самом начале 2019 г. трехногое сооружение в целом было готово, но 24 января испортилась погода – и порывом ветра демонстратор опрокинуло и сильно помяло. Впрочем, сразу после этого началось его восстановление. 

В 2018 г. Маск успел похвастать оснасткой, закупленной для изготовления композитного бака девятиметрового диаметра. Теперь ее придется списать. Деньги, вероятно, «потрачены не на то».
В феврале хоппер отремонтировали и приступили к оснащению. Он оборудуется тремя «Рэпторами», работающими на жидком кислороде и сжиженном метане, которые находятся в разработке. Стендовые испытания прототипа двигателя тягой около 100 тс начались в 2016 г.: до сентября 2017 г. он наработал 1200 секунд в 42  прожигах. Самое длительное включение на стенде продолжалось 100  секунд. Испытательный образец развивал давление в камере около 200 атм, тогда как конечной целью Маск назвал 250 атм, а затем и 300 атм: «Целевое давление составляет 25 МПа, а в последующих образцах SpaceX планирует достичь 30 МПа». В конце 2018 г. Маск сообщил о начале стендовых испытаний двигателя Raptor с «радикально измененным дизайном». Для нового варианта металлурги SpaceX разработали новый суперсплав под названием SX500, способный выдерживать течение горячего газа с избытком кислорода и давление до 850 атм! «Почти все металлы горят в таких условиях»,  – пояснил Маск в твиттере, добавив, что новый сплав «почти полностью готов к эксплуатации». 4 февраля 2019 г. обновленный Raptor впервые заработал на стенде. Прожиг продолжался 2 секунды, давление в камере поднялось до 170 атм, а тяга – до 116 тс. Три дня спустя двигатель достиг максимального уровня тяги 172 тс, давление же в камере превысило 250 атм. А 11 февраля Маск в твиттере «побил рекорд РД-180» по давлению в камере: 264 атм против 262 атм!
 

ЗА РАМКАМИ ТВИТТЕРА 

На первый взгляд, дела у SpaceX идут и Маск полным ходом приближается к воплощению своей мечты – полетам на Луну и Марс. Однако за внешним эффектом постов в твиттере просматриваются глубокие проблемы проекта. В самом деле: минимум раз в год «величайший визионер современности» сообщает о кардинальном пересмотре облика системы. В  2016 г. ракета высотой 122 м и диаметром 12 м оснащалась на первой ступени сорока двумя движками тягой по 310 тс каждый, с давлением в камере по 300 атм. Ровно через год «осетра урезали»: высоту ужали до 106 м, диаметр – до 9 м, оставив на первой ступени 31 Raptor и снизив тягу каждого до 170 тс при давлении в камере до 250 атм. Прошел еще год – и облик системы вновь поменялся: в конструкции появилась нержавейка, Raptor подвергся радикальным переделкам, вновь изменились параметры ступеней. Грузоподъемность по сравнению с самым первым вариантом упала втрое – до скромных «более ста тонн». Такие изменения свидетельствуют, что ни система в целом, ни ее отдельные компоненты (в первую очередь, двигатели) еще не обрели окончательного вида. Скорее, это признак того, что ни инженеры SpaceX, ни сам Маск пока не видят окончательных способов решения проблем, а облик системы все так же туманен, как и три года назад. Между тем работы над транспортом начались не позднее лета 2010 г., когда Маск публично огласил планы создания сверхтяжелых носителей «для Марса». Глава SpaceX сейчас даже не может назвать точную сумму затрат, необходимую для разработки, указывая лишь диапазон: больше 2 млрд $, но меньше 10 млрд $. В середине 1960-х годов выдающийся советский двигателист В. П. Глушко отмечал, что рост давления в камере сгорания ракетного двигателя свыше 250 атм ведет к увеличению его массы и снижению надежности. Правда, сам корифей ракетного двигателестроения все-таки превысил этот уровень в изделиях семейства РД-170/171 разработки НПО Энергомаш, за что не раз подвергался критике околокосмической публики. Позднее многие стали приводить в пример… Илона Маска, который сделал «ставку на простые, но легкие, надежные и дешевые движки открытой схемы с умеренными параметрами». И  вот надо же! Западный кумир ступил на скользкую дорожку безудержного наращивания давления в камере сгорания… Как же так? Понятно, что со времен Глушко в материаловедении и прикладной газодинамике был достигнут большой прогресс, но не получится ли так, что ради незначительного прироста удельного импульса SpaceX утратит самое главное для ракетной техники  – дешевизну и надежность? А  может, изначально дело было не в дешевизне и надежности двигателей, а в чем-то другом, что публика упускает из виду? На первый взгляд, замена углепластика на нержавеющую сталь выглядит обоснованно. Тем не менее, как было отмечено выше, с этим решением не согласны даже некоторые специалисты фирмы. История развития ракетной техники и космонавтики прямо указывает, что такой параметр, как дешевизна, играет далеко не первую (если вообще не последнюю) роль в выборе материала, из которого будет сделана конструкция. Куда важнее такие критические характеристики, как удельная прочность, теплостойкость или жаропрочность, высокая (или, напротив, низкая) теплопроводность и т.д. Для серийного производства изделия также существенна трудоемкость изготовления готовой конструкции. И здесь углепластик, из которого, например, бак можно намотать чуть ли не одной деталью, даст нержавеющей стали сто очков вперед. Металлический бак придется собирать из десятков, а то и сотен элементов, образующих оболочку и днища. Тонкий стальной лист не очень удобен для сборки крупногабаритной конструкции, он легко деформируется и теряет форму даже под невысокой нагрузкой. Не вполне ясен и смысл постройки и испытаний хоппера. Что именно будут на нем отрабатывать? Концепцию силовой конструкции с транспирационным охлаждением? При предполагаемых скоростях и высотах подъема очевидно, что нет. Двигатели? Но кратковременный полет даст меньше информации, чем длительные стендовые испытания. Вертикальную посадку? Между тем ее алгоритмы отточены в десятках натурных приземлений на самоходные суда и на наземные площадки космодромов. Возможно, SpaceX попробует отработать сверхточное «насаживание» ракеты прямо на интерфейсы стартового комплекса. Но и эту задачу, кажется, дешевле решить на матчасти серийно используемого носителя Falcon 9 или на модели «Старшипа» в более мелком масштабе. 
 
11 января компания SpaceX сообщила, что собирается сократить 10% сотрудников (около 600 человек) для снижения расходов. Это первое крупномасштабное сокращение с момента основания компании (в 2014 г. было уволено небольшое количество сотрудников по итогам оценки эффективности их работы). По словам представителя SpaceX, сокращения вызваны не финансовыми проблемами, а перераспределением ресурсов, которые будут сосредоточены на разработке носителей следующего поколения и спутников для Интернета. Они также отражают происходящие в промышленности перемены и убежденность, что SpaceX, которая быстро выросла, в любом случае для снижения затрат нуждается в реорганизации.
 
Кстати, и для изучения динамики хоппер бесполезен  – он представляет собой каркасную конструкцию, на которую надета стальная обшивка. Емкость баков и масса топлива  – совсем иные, нежели у планируемого оригинала: запас компонентов реального «Звездного корабля» в сотни тонн размещен в несущем корпусе. В общем, с точки зрения стороннего наблюдателя «суперкузнечик» больше напоминает пиар-игрушку, нежели техническое устройство для отработки важных технических решений. В целом проект системы Super Heavy – Starship далек от завершения. Представляется, что мы еще станем свидетелями многочисленных изменений концепции и дизайна… 
 
После деформации хоппера неангажированная публика задалась вопросом: есть ли у Маска специалисты, способные учесть в проекте ветровые нагрузки («Ветер-то был так себе – 80 км/ч»)?

Добавьте свой комментарий

Plain text

  • Переносы строк и абзацы формируются автоматически
  • Разрешённые HTML-теги: <p> <br>
LiveJournal
Регистрация

Новости в фейсбук

Случайные статьи

Ученые МГУ выяснили, почему литий-воздушные аккумуляторы приходят в негодность

Сотрудники физического и химического факультетов МГУ имени М.В.Ломоносова при помощи моделирования определили, какие процессы лежат в основе перехода электродов литий-в

Прекрасная школа будущего

Когда математика не убеждает

Парадокс Монти Холла — одна из известных задач теории вероятностей, решение которой, на первый взгляд, противоречит здравому смыслу.

Европейский университет поставил нейросеть в полиции

Открыта асимметричность связей левого и правого гиппокампов с другими областями головного мозга

Применив новые нейрокогнитивные и математические подходы, коллектив российских ученых при участии ученых из МГУ впервые описал взаимодействия между гиппокампом и другим