Гэта як лавіць пяльмень кітайскімі палачкамі. Вось толькі пяльмень сягае ў вышыню 25-павярховіка і ў яго з долу вырываецца слуп агня. Пэўна ракета больш падобная да кебаба, але ж, нажаль, кебаба пад рукой у мяне няма. Ва ўсялякім разе, на відарысах і ў відэароліках маштаб першай ступені ракеты-носьбіта Starship - паскаральніка Super Heavy - успрымаецца… проста няправільна. 

Яго вышыня - 71 метр. Гэта як быцам з космаса прыляцеў бы гярвятскі касцёл. Ну ці нацыянальная бібліятэка. Яна куды больш падобная да тэхналогій інапланецян.

Ва ўсялякім разе, у кастрычніка мінулага года адбыўся інжынерны цуд. SpaceX з дапамогай платформы Mechazilla з двумя гіганцкімі механічнымі рукамі проста ў паветры схапіла паскаральнік Super Heavy, які вяртаўся са свайго чарговага пятага па ліку тэставага палёту. На гэтым можна было б і закончыць. 

Але зараз вы ў падрабязнасцях даведаецеся, як інжынерны цуд стаў магчымым і што ён азначае.

SpaceX добра вядомая, як адзіная касмічная кампанія, што змагла камерцыялізаваць шматразовыя ракеты. Ракета-носьбіты Falcon 9 рэгулярна, па некалькі разоў на месяц, выводзяць у космас карысны груз, а потым вяртаюцца дадому: сядаюць ці на плавучую пляцоўку ў акіяне, ці наўпрост на зямлю.

Гэтыя першыя ступені затым праходзяць працэсс аднаўлення, які каштуе кампаніі каля 10% ад стварэння цалкам новага паскаральніка. Відавочны плюс, які SpaceX актыўна карыстае.

Паскаральнік за нумарам 1062 такім чынам скарысталі 23 разы. І толькі нядаўна ён усё ж такі перакуліўся пры пасадцы на акіянічную платформу, пра што я асобна расказваў у тэхнавуцы.

Навошта лавіць?

Дык калі SpaceX ужо сабаку ці нават двух з’ела на вяртанні і пасадцы ракет, навошта ім выдумляць нейкую фантастычную лухту і лавіць ракету яшчэ ў паветры? Ну, тут даволі шмат прычын: як інжынерных, так і цалкам эканамічных.

У паскаральнікаў Falcon 9 ёсць пасадачныя ногі, якія ўтрымліваюць іх пасля пасадкі. Гэтыя ногі павінны быць адначасова і вельмі трывалымі, каб ракета не кульнулася, і вельмі лёгкімі, каб для карыснай нагрузкі было больш масы. Нават некалькі дадатковых тонн грузу могуць быць крытычнымі пры вырашэнні ці памесціцца той ці іншы спадарожнік.

Здаецца ўжо не раз мы бачылі, як лёгкія ножкі падводзілі пры пасадцы. А для такога гіганта, як паскаральнік Super Heavy ногі павінны быць моцнымі і цяжкімі. Чым цяжэй ракета, тым больш паліва трэба, тым менш карыснай нагрузкі можна вывесці ў космас… Ну, вы зразумелі, спадзяюся.

Такую вялікую ракету саджаць ў акіяне рызыкоўна. Калі дыяметр паскаральніка Falcon 9 усяго 3,7 метра, то Super Heavy — 9 метраў. Яна большая, але і страціць яе будзе лягчэй. 

Да таго ж патрабуецца, каб Starship амаль што стаў касмічнай таксоўкай: час паміж пускамі павінен максімальна скарачацца. Зараз у SpaceX самы кароткі перыяд паміж вяртаннем паскаральніка і яго паўторным запускам складае 21 дзень.

Злавіць у моры, давезці бяспечна да берагу, адтуль грузавікамі з перакрыццём трасаў везці некалькі дзён назад на базу. А потым агляд, рамонт ды падрыхтоўка да новага пуску. Агулам выходзіць вялікі такі кавалак часу.

Калі ж паскаральнік Super Heavy саджаць на пляцоўку на зямлі, то таксама ёсць шмат нюансаў. Уявіце якой велізарнай моцы струмень звышгукавой плазмы на яе ўздзейнічае, што пры старце, што пры пасадцы. Такі струмень можа паплавіць сталь і нават падарваць бетон. Для пускаў ракету трохі прыўздымаюць і таксама асцярожна размяшчаюць над траншэяй з дэфлектарам полымя, зробленым са сталі і пакрытым вадой. Так менш шансаў на пашкоджанні.

Таму Mechazilla – гэта спроба пераадолець гэтыя фундаментальныя праблемы з перавыкарыстаннем такой вялікай ракеты:

  • адмовіцца ад пасадачных лапак,
  • пазбегнуць пашкоджанняў пляцоўкі,
  • хутка даставіць ракету-носьбіт бліжэй да месца наступнага старту.

І тое, што адбылося у кастрычніку ясна дэманструе, што SpaceX рухаецца ў правільным кірунку. Касмічныя спецы філігранна злавілі першую ступень дзякуючы неймавернай дакладнасці і некалькім важным інжынерным нюансам у канструкцыі як самога паскаральніка, так і Mechazilla.

Як ловяць?

Сістэма лавільных рук складаецца з двух галоўных кампанентаў: саміх рук і мацаванняў, якія дазваляюць перамяшчаць іх уздоўж вежы, адказваюць за гідраўліку і працу рук ў прынцыпе. 

Лавільныя рукі Mechazilla размяшчаюцца на спецыяльнай вежы і маюць некалькі рухомых элементаў, якія дазваляюць ім захапіць і ўтрымліваць ракету. Рукі складаюцца са шматлікіх сістэм, але ключавая - пад'ёмныя пасадачныя рэйкі. Яны непасрэдна кантактуюць з апорнымі пунктамі ракеты і дазваляюць бяспечна "злавіць" ракету, забяспечваючы паступовае паглынанне энергіі пры кантакце

Рэйкі маюць плоскія паверхні шырынёй прыкладна паўметра і сягаюць у даўжыню 20 метраў. Яны усталяваныя на кожнай руцэ механізма. Пад рэйкамі знаходзяцца два поршня, якія могуць падымаць рэйкі амаль на метр уверх. Тыя ж поршні, а таксама газавыя механізмы, могуць кантраляваць рух уніз, калі на рэйкі ўжо пастаўлена маса ракеты.

На ўнутраным баку кожнай рэйкі размешчаны масіў пенаматэрыяльных падушак, закрытых тонкім металам для абароны ад струменя ракеты. Гэтыя падушкі патрэбныя для дэфармацыі і паглынання кінетычнай энергіі пры кантакце рук з ракетай. Гэта дазваляе знізіць рызыку пашкоджання паскаральніка і саміх рук у момант захопу.

Кожная рука кіруецца праз вялікія гідраўлічныя поршні, якія рэгулююць іх рух наперад-назад і дазваляюць захоўваць стабільнасць пры захопе ракеты. Акрамя таго, рукі могуць рухацца ўздоўж вежы, каб дакладна наладзіць вышыню захопу, якая адпавядае курсу вяртання ракеты. 

А таксама рукі могуць мяняць сваю пазіцыю, каб дастасаваць яе да фактычнай пазіцыі ракеты. Паколькі ракета можа мець невялікія адхіленні ад мэтавай пазіцыі, рукі павінны рухацца.

На самім паскаральніку Super Heavy ёсць спецыяльныя апорныя кропкі — армаваныя ўчасткі, якія ўстойлівыя да высокіх нагрузак пры захопе. Яны размешчаныя з двух бакоў паскаральніка і злучаныя з верхняй часткай метанавага бака, што дазваляе вытрымліваць вялікую вагу ракеты падчас пад’ёму і захопу.

Апорныя кропкі складаюцца з двух частак. Непасрэдна мацавання, якое трымаецца за бак унутры паскаральніка, і цыліндра, які кантактуе з паверхнямі лавільных рук падчас захопу. Дыяметр кантактнага цыліндра ўсяго каля 17 сантыметраў. Цыліндр і мацаванне маюць шарнірнае злучэнне, што гарантуе, што апорныя кропкі могуць раўнамерна кантактаваць з пасадачнымі рэйкамі, нават калі ракета або рэйкі крыху нахілены падчас працэсу.

Акрамя таго, у паскаральніка ёсць армаваныя рэйкі, размешчаныя пад апорнымі кропкамі, якія плаўна пераходзяць ад сценкі бака да мацаванняў. Яны дазваляюць мякка перадаваць нагрузку з мацаванняў на корпус паскаральніка, зніжаючы рызыку пашкоджання пры захопе.

На некаторых рэйках ракеты SpaceX нанесла спецыяльнае чорнае пакрыццё. Пасля захопу яно дапамагае прааналізаваць кропкі кантакту рук з ракетай, каб палепшыць дакладнасць і бяспеку пры наступных спробах захопу.

SpaceX імкнецца, каб ракета дакладна трапляла ў лавільныя рукі, але дакладнасць гэтай аперацыі надзвычай складаная. Пры падзенні на вялікай хуткасці нават невялікае адхіленне можа прывесці да таго, што кропкі нагрузкі на паскаральніку не сустрэнуцца з паверхняй рук. Таму Mechazilla спачатку адсочвае становішча ракеты і наладжвае рух рук у адпаведнасці з курсам, каб максімальна дакладна захапіць паскаральнік.

Магчымыя адхіленні ў арыентацыі ракеты па яе вертыкальнай восі таксама бяруцца пад увагу. Дапушчальныя ацэначныя ±15° павароту забяспечваюць дастаткова шырокае акно для паспяховага лаўлення, нават калі ракета не ідэальна арыентавана падчас фінальнай фазы спуску. Але адхіленне па восі павароту наўрад ці перавысіць 5° ад мэты, паколькі вось павароту - адна з самых простых для кіравання ў ракеце, асабліва з некалькімі рухавікамі.

Захоп Super Heavy з’яўляецца адной з самых складаных задач, якую SpaceX спрабуе вырашыць, і гэтае рашэнне можа пераўтварыць Starship у амаль ідэальную шматразовую сістэму для палётаў у космас, мінімізуючы рызыкі і выдаткі на аднаўленне ракеты.

На дадзены момант SpaceX мае 3 паспяховыя спробы з 3 па вяртанні разгоннага блока Super Heavy на пускавую пляцоўку — добры знак таго, што інжынеры амаль авалодалі тэхналогіяй аднаўлення і паўторнага выкарыстання разгонных блокаў. 

Калі гаворка пра магчымасць лавіць паскаральнікі толькі заходзіла, гэта называлі проста немагчымым. Але 2020-я гады дэманструюць, што немагчымае становіцца магчымым. Добра гэта ці блага.

📡 Падпісвайцеся, калі хочаце яшчэ больш навін пра зоркі, чорныя дзіркі і іншыя дзівацтвы Сусвету

Далучыцца