Тригонометрія і Starship

Яків Бриль

Бер 04, 2021

SpaceXПост

Я дивуюсь, чому SpaceX не пробує запрягти звичайну тригонометрію?

2128

Я дивуюсь, чому SpaceX не пробує запрягти звичайну тригонометрію?

Всі ми бачили кадри з-під «спідниці» Старшіпа і знаємо, що кожен з трьох двигунів має вельми широкий діапазон кінематичної свободи. Тобто, може відхилятися від вертикальної осі в різні боки доволі сильно.

Проведемо уявний експеримент

Уявимо, що увесь політ пройшов нормально і наразі корабель планує на «пузі» і погойдує крильцями.

Настає час для перевороту на корму. Запускаються всі три двигуна, як це ми бачили в польоті SN10. І, так само як ми бачили, вони переводять корабель у вертикальне положення.

Далі SN10 гасив 2 двигуна з трьох і сідав лише на одному.

Але, можна і не гасити. А сідати на трьох двигунах. Якщо двигуни під час посадки відхилити від центральної осі… скажімо на 60 градусів. Вертикальна складова тяги кожного з них буде зменшена вдвічі. Адже cos 60° = 0,5.

А якщо кожен з двигунів працюватиме на низькому, але надійному дроселі (грубо кажучи, 50% від номінальної тяги), то сумарна вертикальна складова кожного двигуна буде 0,25 від номіналу.

Або, іншими словами, сумарна вертикальна складова усіх трьох двигунів складатиме 0,25*3=0,75.

75% від номіналу одного двигуна.

А отже, така схема «розчепірки» двигунів під час приземлення дозволить регулювати вектор тяги в значно ширших діапазонах, аніж це дозволяє один двигун. Тому що корабель зможе «гратися» як рівнем дроселювання кожного двигуна, так і його відхиленням від вертикальної осі — тим самим cosα.

На моє переконання, це дозволить здійснювати буквально прецизійні посадки з високим ступенем надійності.

89 коментарів

Розгорнути всі

Будь ласка, у свій профіль, щоб коментувати пости, робити закладки та оцінювати інших користувачів. Це займає всього два кліки.

Олексій Новітній
Бер 04, 2021 14:19

Може на це піде більше палива?

5
Яків Бриль
Бер 04, 2021 14:25

звісно, що більше. Останні 10 секунд

0
Олексій Новітній
Бер 04, 2021 14:26

Навіть 10 секунд. Це декілька тон метану та кисню.

0
Ще відповіді: 4
Дед Всевед
Бер 04, 2021 14:43

Логично. .Сейчас Маск испытывает прототипы, без массы нагрузки. Но в дальнейшем с орбиты он должен спускать не хилые грузы, на одном не сядешь. а порой и пустой приземлиться.
надо на прототипах отрабатывать посадку на всех двигателях во всех диапазонах.

3
Д М
Бер 07, 2021 12:59

В одной из недавних публикаций читал, что там руллоны стали в качестве нагрузки используются.

0
Olexander Shtepa
Бер 07, 2021 13:39

Еквівалент маси використовувався на SN 4 5 6, бо носова частина там була відсутня.

0
Roman Sydor
Бер 04, 2021 14:43

Ідея цікава. А двигуни дійсно аж на 60 можуть відхилятися? При цьому не зачіпаючи реактивним струменем борти?

4
Олексій Новітній
Бер 04, 2021 14:47

Не факт що можуть. Судячи з відео вони там на 10-15 градусів відхиляються, не більше. Може борт зачепити

4
Roman Sydor
Бер 04, 2021 15:13

От і мені так здалось.

0
Яків Бриль
Бер 04, 2021 15:54

А хто заважає поганяти фізмодель, за якоі б до 80 відхилялися? А чисто технічно, зробити механізм руху в одній площині, це набагато простіше, аніж як зараз, плясати в двох вимірах

0
Ще відповіді: 4
Aleph Gamov
Бер 04, 2021 14:45

То запитайте в самого Маска, цікаво, яка буде відповідь

3
Roman Sydor
Бер 04, 2021 15:14

Треба йти до Ілона в твіттер.

2
Яків Бриль
Бер 04, 2021 15:19

Та до нього там не проб’єшся. Все блазнями і догкойнерами забито

2
Aleph Gamov
Бер 04, 2021 21:39

так спробувати – це безкоштовно)

1
Ще відповіді: 1
Александр Драгонов
Бер 04, 2021 14:50

При строго вертикальном спуске, отклоняя вектора трех двигателей в стороны, можно добиться снижения тяги. Но если параллельно ещё и задачу выравнивания (балансирования) вести, то это получается еще та задачка для программистов. А делать это нужно одновременно (параллельно), так как в случае разнесения данных задач по времени (последовательно), сильно увеличивается необходимый для посадки запас топлива!

2
Яків Бриль
Бер 04, 2021 15:18

Балансувати і вирівнювання і рух в 3-х площинах одним двигуном — ото дійсно пекельна задача. Ми ж бачимо, як він бідося сіпається на всі боки. І нічо, справляється всюди встигати. Сам-один.
А трійця значно полегшує цю задачу. У випадку трійці, двигуни взагалі можуть рухатися кожен в своїй одній площині, кожна з яких проходить через вісь корабля і центр сопла в нейтральному положенні

1
Вячеслав Очеретько
Бер 04, 2021 18:16

Чпушники на практиці це все давно обсмоктали. Управління по трьох осях.

0
Павел Жаўрыд
Бер 04, 2021 15:45
  1. Вокруг атмосферных рапторов будут стоять вакуумные, которые займут своими соплами весь пока ещё пустой объём.
  2. Кольцо, на котором закреплены двигатели, должно будет воспринимать значительные поперечные нагрузки. А оно вред ли на них рассчитано. Надо будет усиливать, а это лишняя масса.
3
Яків Бриль
Бер 04, 2021 15:50

площини коливань атмосферних і вакуумних рознесені на 60 градусів, за шестикутником. До речі, те як зараз двигуни виплясують, теж вакуумникам може не сподобатися

2
Vitalii Lipovetskii
Бер 04, 2021 16:17

Часть тяги двигателей по горизонтали будет давить в середину корпуса. Надо будет усиливать соответствующие части корпуса.

2
Яків Бриль
Бер 04, 2021 16:18

А зараз куди дівається горизонтальна складова тяги, коли він хитає 2-ма чи 1-м двигуном? Та сама пісня

1
Vitalii Lipovetskii
Бер 04, 2021 17:54

Та сама пісняВеличина другая получится
Сейчас отклонение 10-15, а вы предлагаете 60.
т.е. горизональная составляющая увеличивается в cos(40)/cos(85)

1
Ще відповіді: 8
Алексей Войтов
Бер 04, 2021 16:23

Маск уже вроде писал такому советчику “мы тут все дебилы” (не то что ты там такой охенно умный сидишь на своём диване. Страна советов епт.)

0
Alexandr N. Maluk
Бер 04, 2021 16:31

Удивительно, что даже одну и ту же фразу в одном и том же контексте люди могут трактовать по-разному. 🙂

4
Яків Бриль
Бер 04, 2021 18:12

Хотів щось сказати? Кажи, радной

1
Алексей Войтов
Бер 04, 2021 18:23

Не дуже. Але.
– отклонять двигатели на 60°¿ к чему полумеры – пусть уж они сами на ножках перебегают по корпусу и присасываются к баку с горючим в нужном месте. При должной сноровке справится и 1 “раптор +”.

-1
Ще відповіді: 1
Андрей Тариков
Бер 04, 2021 18:00

Про поки голого короля.
Є питання: Скільки важить прототип і скільки буде важити готовий Старшип?
Адже Старшип буде додатково мати:
Ще 3 вакуумні Раптори з усіма причандалами, “голий” Раптор орієнтовно 1500 кг. А скільки будуть важити паливні трубопроводи, приводи, всі кріплення? А вага системи запалювання входить у вагу двигуна? То скільки? Тон 10? Більше?
Плитки теплового захисту, їх кріплення, шар термозахисту під плитками. Взагалі не маю орієнтованої цифри.
Додатковий термозахист баків – щоб кріокомпоненти палива довше зберігались, за це уже пару раз чув. Вага невідома.
На орбіті треба буде маневрувати, або що найменше орієнтувати корабель в просторі та осаджувати паливо в баках основних двигунів. А це повний комплект двигунів на висококиплячих компонентах і паливна система до них. Ще пара тон, і здається у зараз випробовуваних прототипів нема підсилиння для їх установки (на носі точно нема). Отже ще якась додаткова вага.
Грузовий Старшип матеме люк(и) для виходу корисного навантаження. А це знову додаткова вага від підсилення корпусу навколо отвору люка, самого люка, приводу, замків тощо. Окрім того там має бути якась палуба, чи інший силовий єлемент для передачі навантаження від грузу на корпус, і від корпусу на груз.
Електрообладнання, а це купа різних споживачів які не потрібні до орбітальних спроб, так і джерела енергії і накопичувачі. Здається виключно на аккумуляторах буде тільки танкер літати. Скільки важитиме розкладка сонячна батарея?
Пасажирський взагалі матеме купу всякого важкого.
До чого я веду?
А до того, що зараз випробовується прототип значно легший, чим буде реальний апарат. Тому двигуни при посадці не довантажені. При вазі приблизно на 25% більшій, двигуном буде значно простіше керувати.
Ставити баласт на перші прототипи точно зарано. Може його наявність, це і є особливість прототипів, починаючи з 15-го?

3
Яків Бриль
Бер 04, 2021 18:21

Всі ці міркування і факти аж ніяк не впливають на красу можливого рішення — не лише дроселювати, а ще регулювати вектор тяги так, аби йти найбільш безпечним і найбільш точним шляхом по всій траєкторії. З постійним запасом потужності миттєвої реакції. Аж до можливості йти вгору і кудись вбік, якщо промазали.
Якщо корабель буде важкий, двигуни можна відхиляти не на 60, чи 45, чи 30. На 0…30 градусів. Комп’ютер вирішить на місці.
До того ж, значна горизонтальна складова тяги дозволить акуратно і точно “підгрібати” в самий центр посадкового майданчика. Це буде важливо, коли заграє тема морських платформ

3
Андрей Тариков
Бер 04, 2021 19:05

Так на скільки я знаю (і розумію), при посадці зараз треба дроселювати мало не до 0.4 від номіналу. А для посадки “повнотілого” Старшипа дросилювати нижче 0.7-0.8 нема потреби. А Раптор якраз спочатку і розроблявся для діапазону 0.7-1.1, по випробовуванням в цім діапазоні він надзвичайно стабільний і легко керований.
Ваша тридвигунова схема має два недоліки: при малій вазі корабля що сідає, велика витрата палива (порівняно з однодвигуновою припущу що від 1,7 до 3 разів), і витрата ресурсу двох двигунів. Можливий третій – велике теплове навантаження на посадкові опори і взагалі на нижню частину. А те, що вона має більше протиаварійних сценаріїв, і може компенсувати відхилення від посадкової платформи – це значні переваги вашої схеми.
І до речі – BFR мав у ескізних проєктах діаметер 12 м. І там щось навколо посадкових двигунів і місця багато, і приводів з трубами накручено.

3
Ще відповіді: 5
Oleksandr
Бер 04, 2021 18:43

Там декілька причин до рішення, яке є.

  1. Дублювання, коли один з двигунів не запуститься, він далі просто не використовується. На останньому видно, що робили значно вищий запас по висоті.
  2. Інертність дроселювання в порівнянні з відхилом сопла. Якщо припустити ще зовнішні фактори, такий як пориви вітру, то на дроселях можна і не встигнути відреагувати. Як казала одна менеджер,- release killer.
  3. При відхиленні сопел автоматом накопичується помилка тяги, при тому, чим більше, тим більше. Та ще і у сумісному режимі 3х двигунів.
  4. Додаткове навантаження на конструкцію, хоча там повинен бути достатній запас.
  5. Хоч один двигун не запуститься,- все.
    Спейси вклалися дуже серйозно в симуляцію, такий варіант або пророблювали, або дуже багато недоліків в ньому.
3
Яків Бриль
Бер 04, 2021 20:19

Що мається на увазі п.3?

0
Oleksandr
Бер 04, 2021 22:25

Приймемо абсолютну помилку за 1 у.о. При відхилу на вугол, наприклад 60градусів deltaH = 0.5. Може здатися, що помилка менша. Але, це тільки у вертикальній проекції, у горизонтальній вона ще 0.86. Тобто треба буде враховувати ще горизонтальне зміщення. І це в ідеальному стані, коли ми не враховуємо помилку самого відхилення сопла. Добавте сюди силу дії ще двох двигунів, котрі потрібні бути збалансованими по тязі щоб не повело вбік ракету у якій п’ятак посадки в самому низу. Як на мене, це дуже нерівновісна небезпечна схема. Коли у нас вертикальна посадка, та ще й на одному двигуні, у нас динамічна задача подібно до сігвей. ІМХО, бачу це так.
Можна добавити ще те, що на 60 градусів сопла не можуть бути відхиленими.

1
Ще відповіді: 6
Dmitry M
Бер 05, 2021 00:53

Идея имеет право на жизнь, но сходу вижу один маленький и один большой минусы:
Маленький – больший расход топлива.
Большой – если один из двигателей не заведётся то вся тригонометрия “лопнет по швам”. Значит нужно готовить несколько сценариев, отрабатывать их и в дальнейшем вставить в алгоритм посадки с определёнными приоритетами. Ваш должен быть одним из первых, потому что требует максимальное количество работающих двигателей, но в тоже время он не лучший вариант(ИМХО), а потому ему сложно подобрать приоритет.
PS: И ещё я сомневаюсь что углы разворота сопел достигают 30 градусов, думаю 15-20 потолок.
PPS:
0,25*3=0,75.
Если для посадки надо < 0.75 то мы не сможем сесть.

1
Вячеслав Очеретько
Бер 05, 2021 01:09

Навпаки це підсилює і в якійсь мірі дублює систему безпеки. Чим більша варіабельність тим більше шансів на успіх. А на рахунок переходів на підсистеми управління вважаю це не проблема. Доречно Яків згадав про літаки вертикального зльоту, Маску з того середовища розробників кого висмикнути.
Хоча напевно вже на фалконах своїх виростив)

1
Dmitry M
Бер 05, 2021 19:08

більша варіабельність тим більше шансів на успіх.
Согласен, но основным вариантом является посадка на одном двигателе(зажигаются три, потом два гасятся), а если он не сработает остаётся мало времени для пуска ещё двух.
И повторюсь: Если для посадки надо < 0.75 то мы не сможем сесть.

0
panvasyan
Бер 05, 2021 17:58

Может мне удастся завершить спор…Выбор конструкции элементов управления и способов их применения – это тривиальная инженерная задача, она выполняется на этапе проектирования перед изготовлением самолёта, ракеты и т.д. Так как на SNах есть действующая система управления, то разумеется все эти вопросы были давно рассмотрены и проанализированы. Очевидно, что идея с поворотом на 60 градусов СРАЗУ провальная. Дальше детали… Я уверен, что специалисты маска всё делают грамотно.

1
Дед Всевед
Бер 05, 2021 18:14

в компетентности Маска и его инженеров ни кто не сомневается, Но на первый взгляд бредовые идеи, немного подкорректировав решают не разрешимые проблемы.)))

1
Dmitry M
Бер 05, 2021 19:13

Мы же тут собрались не Маску или его инженерам советы давать. Просто порой интересно поставить себя на место другого человека и придумать нечто новое (зачастую во многом бредовое), но то что может работать. Пошевелить извилинами, так сказать. В этом весь цимес.

4
Яків Бриль
Бер 05, 2021 20:43

“СРАЗУ провальная” — тому ще “Це не може бути, бо це не може бути взагалі”?
Чи тому що “а чому ніхто раніше так не робив”?

1
panvasyan
Бер 06, 2021 23:34

Потому что эта тема уже давно на всех космических и авиационных аппаратах рассматривалась и везде была тяжёлой для реализации. Я имею в виду именно поворот тяги маршевого двигателя на большие углы. Особенно когда речь идёт не о турбореактивном двигателе, а о ракетном. Всё остальное – балансы при одновременной работе 2 или 3 двигателей, регулирование, парирование помех, быстрое резервирование в случае неисправности одного или двух двигателей – это вопросов не вызывает, это и сейчас там уже работает. Тем более что финт который вы предлагаете, нужен только на этапе посадки, а больше нигде. Как по мне – лучше отлаживать надёжность и возможность регулирование тяги двигателя, а не добавлять 5 колесо.

1
Ще відповіді: 1
Bob Gershon
Бер 05, 2021 19:03

Доданок усіх горизонтальних складових векторів швидкостей трьох двигунів в цьому разі повинен чітко давати нуль у горизонтальній площині. інакше вертикальне положення ракети буде порушено. Чи в змозі конструктивні рішення кріплення Рапторів та автоматика це сдійснити, я не впевнений. З моєї точки зору Старшипу не вистачає певного компенсаційного пристрою на кшталт першого ступеню Falcon-9. Адже на відео посадки SN10 добре видно, що в останній момент з невеличкої висоти ракета просто гупнулася на бетон. Мабуть саме це і спровокувало пoдальший її вибух.

1
Яків Бриль
Бер 05, 2021 20:42

А з одним двигуном як?
До речі, те що ми побачили “Пізанську башту”, скоріш за все саме тому, що сідав на 1 двигуні, який зміщений відносно осі корабля. За такої геометрії і розкладки сил, Старшіп не може сісти нескособоченим.
В той час як Трійця саме і може забезпечити під час приземлення абсолютно співосну з кораблем тягу

0
DELETED
Бер 05, 2021 21:20

Контент видалено за запитом автора

0
Ще відповіді: 13
Андрей Тариков
Бер 06, 2021 13:30

З сайту “Всё о космосе”:
Є кадри посадки, на яких видно що 2 з 6 опор не розкрились повністю, або розкрились, та не зафіксувались.
Є фото розбитого десятого старшипу, де нога роздавлена. Зайду додому, дам посилання якщо треба.
Отже варіант розвитку подій: пара ніг не взяла навантаження при посадці, решта просіли нижче розрахункового рівня, зазор між бетоном посадкового майданчика і “юбкою” вийшов менше розрахункового, вихлоп двигуну не встигав вийти. Виникла “подушка” яка дала “підскок”. Навантаження на конструкції десь сталт вище розрахункових, і або стало підтікати, або відсічні клапани не справились. Бумбарах!!!

1
Ще відповіді: 2