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《戏说乾隆》(划掉)戏说火箭回收

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话说那年航天竞赛如火如荼,你方入轨我方上,你炸N1我登月,你搞礼炮我天空(实验室)。敲敲打打,乒乒乓乓,把两个超级大国搞得是入不敷出,焦头烂额。
于是两个大国纷纷将目标瞄准如何降低航天成本。
白头鹰这边,退掉空间站竞赛,专心搞出可重复使用的航天飞机。这丫个头大啊!有效入轨重量小100吨。毛熊也不甘示弱,搞出了“可重复使用”的能源号火箭和重量更大的“暴风雪号”航天飞机。
然而,随着毛熊轰然病陨,能源火箭、暴风雪航天飞机英年早夭。“了重复使用”航天器,只剩下白头鹰的航天飞机一家。
可航天飞机并非完美。对于航天来说,过于复杂的机体结构,造成其维护周期长、维护费用高昂,付出的成本,远超过带回3台发动机和助推器的收益。再加上前后两次发生空难。最终,在国际空间站完成建造后,被迫终止飞行。
数年后,一个戏称空叉的公司异军突起。在开源神的带领下,死磕火箭动力回收技术,十年磨一剑,终至大成,开启航天火箭回收新纪元。
话说这空叉公司的回收火箭猎鹰9号,十分厉害。厉害在哪里呢?
一是轻、薄、柔、韧……咳咳,串了。对减轻火箭干重、降低制造费用有着极值的追求。作为可重复使用火箭,其制造费用远低于航天专家预估。极值降低冗余重量,使其干质比达到顶尖。这些,是它即便在不回收状态下,也能够达到与普通火箭相近的发射成本。
二是搞定过推力降落控制。通常来说,航天器降落无非几种方法,伞降、在安全高度刹停后缓慢下落、临近里面暴力缓冲(发动机或缓冲垫)。但无论哪种,都有一个共同问题:发动机推力不能太大。就说神舟飞船着陆,着陆发动机就只能瞬间发动,暴力缓冲减速,而不能进行稳定的速度控制。
如何在发动机最小推力大于重力的情况下,实现可靠的着陆速度控制,这个难题就摆在了空叉研究团队的案头。所幸,他们成功了。高-低-高三段推力控制,成功的做到了稳定的“过推力着陆”。
今天,咱们要戏说的,就是这个火箭降落控制。
【欲知后事如何,且听下回分解】


IP属地:河北来自Android客户端1楼2024-11-15 13:23回复
    【书接上回】
    上回书,开源神十年磨一剑,终至可回收火箭大成。引蓝星各家纷纷效仿。白头鹰自有蓝色起源,先是另辟蹊径将回收用于亚轨道旅游,后着力开发新格伦火箭,誓要在回收赛道上拼一拼。远隔重洋,种花家面对当年决策失误,决心痛定思痛,多方并进,开展回收技术研究。将目光喵向类猎鹰设计。蓝星其他各方,回收方案也多无法摆脱猎鹰影响。
    为何猎鹰的设计,在火箭回收中如此吃香?无外乎其解决了火箭回收中的几个难题。
    一是精确定点着陆。此为之前一众想而未想之事。非是能力不足,而是“殊无必要”。火箭残骸,控制落区即可,为何要精确到米级落点?但这在火箭回收中却是必须做到之事。这一成功,一锤惊醒梦中人,“死磕一下就能搞定,悔不当初未去做”。
    二是着陆缓冲。起落架太沉,这又成为一众想而不敢的事。然而空叉一季重锤,再次将诸君点醒:高度速度准一点儿,还是有可为的。种花家则提出了“把起落架转移到地上”,用钢索绳系代替起落架的妙想。不过可惜,火箭研制起步晚了,在种花之前,又是空叉,“机械哥斯拉”完成了超重助推器“硬夹持”。
    这第三点其实才是趋同关键——发动机推重比。当年诸君不愿尝试,关键一点在于火箭降落重量太小,发动机推重比过大。3倍于自重的推力,精确“刹停”,想而不敢。其实开源神带领下的空叉,也非神力附体,推重比太高,同样无法搞定。于是猎鹰发动机数量定在9枚。7、9、13,这是中小型回收火箭平衡降落自重和推重比的最优解。
    【预知后事如何,且听下回分解】


    IP属地:河北来自Android客户端2楼2024-11-15 15:41
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      【书接上回】
      上回书,可回收火箭发动机趋同7、9、11,是推重比带来的结果。此回戏说火箭构型。
      话说推力不够,助推来凑。采用助推器提高起飞推力,解决起飞加速慢、一级推力不足限制火箭规模难题,已经被蓝星人玩弄了几十年。成熟的有长二捆衍生系列等。最极致的“助推怪”出现了两个类型。一个是能源、长五、阿丽亚娜五、白头鹰航天飞机发射系统为代表的“芯级推力弱鸡,起飞全靠助推”。另一派则是以德尔塔4为代表的cbc“起飞推力翻倍流”。
      转到可回收火箭,长九中期构型,出现了“芯级回收,助推器不回收”的起飞推力增强模式。而猎鹰9则选择了cbc流派。又开创了可回收火箭拼接“标准”。
      话说猎鹰9选择cbc拼接FH,的确是一招正确的好棋。还是上回书所说,7、9、11是可回收火箭发动机最佳数量。助推器如不使用这种配比,很难有效回收。所以直接同构一级拼接的cbc最简单、有效、省钱。开源神带领的空叉,无疑再次找对了“最正确方案”。
      “走自己的路,让别人无路可走”,毫无疑问,开源神把这句话做到了极致。
      不过殊途同归,但路有不同。“抄”是抄不来“最优解”的。
      蓝星一众在“抄袭”开源神的路上,必然面临各自的问题困难。那么他们又都各自是怎么做的呢?
      【欲知后事如何,且听下回分解】


      IP属地:河北来自Android客户端3楼2024-11-15 17:32
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        【书接上回】
        上回书“抄”不来最优解,各家有各家的困难。
        今天咱先拿新格伦开个刀,说一说他遇上了啥困难。
        F9一级DV比较低,低轨运力高,高轨运力下降快。新格伦呢?一级DV比较高,分离速度高了。而且据说这丫只回收发动机舱。分离速度大,再入速度就大。那咋办呢?加翅膀滑呗。
        其实这也没啥,星舰超重助推器也带了边条,有相似作用,只是没新格伦这么明显。
        第二刀“自罚”,砍下咱种花家的“猎鹰们”谁让咱家的娃跟老王家的像呢。
        别的不说,干质比是个硬伤。F9把一级干质比做到了20,短期内咱是不敢想了。坏处都是啥?
        这第一个就是“费油”。就拿返回本场降落来说,保留个和干重相等的燃料吧,那比隔壁老王家的种,要多个二十吨。别小看这二十吨,送上天去,虽然分离速度不高,也就1700m/s的水平,可架不住齐奥尔科夫斯基方程的加成啊!那咋办呢?从别的地方找补呗。比如果优先考虑海上回收,节省返回燃料啥的。
        这第二个呢,就是下落速度快,还是费油。这事儿他看看蓝箭朱雀三起降实验箭就知道了。10公里高度,硬靠压载把速度顶到了0.8马赫。当然了,人家那是压载压出来的。不压载铁定到不了这数。不过着陆点火速度高是肯定的了,干重大嘛。
        速度快了,刹车就费油。这不是啥悬停不悬停能比的。有啥解决的法子呢?
        我拿模拟游戏做了点儿测试,仅供参考参考。
        再入起点远一点点,稍稍减点儿返回燃料消耗,降低点儿再入速度。然后捏,高空带攻角滑行,用箭体阻力降低点儿下降速度。这法子有点儿效果。
        再入点上主动减速刹车,稍微多一丢丢,再入速度降一降,虽说是后面下落空气阻力会变小,但着陆反推开启速度、高度都能往下降一降。别小看这个,大气稠密区在下层,多加一点儿气动减速距离,能省不少燃料。
        如果再死磕一下终点姿态控制,让着陆前轨迹多倾斜一点儿,也能延长气动减速距离。
        总之就是……其实我觉得给火箭加个边条挺值的。
        【砰……砰……砰……砰,请看下集!】


        IP属地:河北来自Android客户端4楼2024-11-15 18:47
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