[Перевод] Может ли SpaceX посадить ракету с точностью в полсантиметра?
Нет. Но им это и не нужно.
Готовясь к 5-му испытательному полёту Starship, SpaceX объявила, что попытается поймать ракету-носитель с помощью «палочек Мехазиллы». Позже, во время предстартовых обсуждений, вице-президент SpaceX Билл Герстенмайер заявил, что они уверены в успехе, поскольку во время 4-го полёта посадили ракету в океан с «точностью до полусантиметра». И вот в прошлое воскресенье они совершили посадку и не прогадали!
Но действительно ли они приземлились с точностью до полусантиметра? Это число звучит слишком хорошо, чтобы быть правдой, и оно вызвало немало скепсиса со стороны наблюдателей из этой отрасли. На какую точность приземления может рассчитывать SpaceX?
Моя биография: я аэрокосмический инженер, разрабатывал системы наведения, навигации и управления (GNC) для успешных орбитальных ракет-носителей, работал с точными системами GPS RTK на земле и внедрял системы GNSS на спутниковых группировках. Стандартная оговорка, что я говорю только за себя и использую только публичную информацию, не относящуюся к ITAR. Я не знаю, что SpaceX использует для оценки положения и ориентации своих ракет или их точных схем управления, и я могу упустить какую-то информацию, которую они обнародовали, но я хорошо знаю, что входит в проектное пространство, и могу сделать несколько хороших предположений. Пожалуйста, прокомментируйте, если я что-то упустил. Кроме того, этот пост не предназначен для «разоблачения» — цитата Билла про полсантиметра на самом деле просто дана для привлечения внимания, и это хороший повод погрузиться в детали некоторых крутых двигателей.
Так что пристегнитесь для глубокого погружения и давайте посмотрим, что входит в процесс ловли ракеты!
Основные моменты:
Точность посадки в полсантиметра невозможно даже измерить в реальном времени, и Билл, скорее всего, оговорился или говорил об ошибке управления.
Посадочные поля сверхтяжёлых ракет-носителей SpaceX настолько велики, что вы можете приземлить одну из них с помощью электроники вашего смартфона.
Falcon 9 посадить сложнее.
Ракета Super Heavy, возможно, сможет приземлиться в случае отказа двигателя.
Поймать ракету-носитель — это совершенно потрясающее достижение, которым команда должна гордиться!
Контроль положения
Насколько точно SpaceX может измерить положение?
Положение ракеты может быть измерено двумя основными способами. Во-первых, с помощью GNSS (GPS) для получения абсолютного положения. Во-вторых, с помощью инерциального измерительного блока (IMU), включающего акселерометр, чтобы оценить расстояние от известной опорной точки (стартовой площадки). Эти датчики необходимы и достаточны для полёта ракеты, поэтому я остановлюсь на них.
Ракета-носитель Super Heavy приземляется обратно в «палочки» через 7 минут после старта. Если мы используем хороший дорогой IMU с погрешностью акселерометра около 0,01 милли-градуса, то эта двойная погрешность составит 8,6 метра. Так что расчёт полёта через навигационное счисление пути не пройдёт. (Это очень быстрый и грязный расчёт — реальный анализ распространения ошибок покажет большее число из-за ошибок скорости и ориентации, так что считайте это нижней границей).
Нам нужно подключить GPS, чтобы получить более точное абсолютное положение. Давайте посмотрим на спецификацию высококлассных чипов GNSS, чтобы понять, что возможно. Гражданский GPS — это диапазон L1 с точностью 250 см (если смотреть на доверительную сферу 95%), а военный GPS добавляет диапазон L2 с точностью 240 см, так что учтите, что даже если SpaceX использует военный диапазон, это мало что даёт само по себе в условиях открытого пространства. Вы можете использовать SBAS (спутниковые системы дополнения, в США это система WAAS, которую самолёты используют для посадки в аэропортах), которая повышает точность до 120 см и доступна только через спутниковую связь GPS. Для достижения большего расстояния требуется связь между ракетой-носителем и землёй. В самом точном случае система позиционирования RTK может снизить точность до 2,5 см (+1 см на каждый километр расстояния). Если SpaceX установит приёмник на стартовую башню или океанские буи, то позиция приземления может быть невероятно точной. Но даже самые передовые технологии позиционирования не обеспечат точность до 0,5 см. А для такой точности RTK необходимо иметь возможность установить и поддерживать связь между ракетой-носителем и землёй.
Объединение датчиков с акселерометром (также известное как фильтрация Калмана) поможет заполнить любые пробелы в сигналах GNSS, обеспечить более высокую скорость оценки, а также позволит идентифицировать и отбросить ошибки GNSS, но это не уменьшит абсолютную ошибку положения.
Кроме того, это всего лишь положение GPS-приёмника на ракете. Как пересчитать это в положение посадочных штырей? При угловом движении ракеты по тангажу/рысканию будет наблюдаться динамическое смещение между антенной GPS и посадочными штырями (хотя это можно рассчитать и скомпенсировать). Существуют производственные допуски, которые могут составлять менее 5 мм, но это невероятно жёстко для такого размера. Сама ракета-носитель также будет менять размеры по мере охлаждения топливом и нагревания при входе в атмосферу.
Коэффициент теплового расширения стали составляет около 12 мкм/градус Цельсия, поэтому для 71-метровой ракеты-носителя с жидким кислородом при температуре -183 градусов Цельсия и температуре входа в атмосферу (допустим) 50 градусов Цельсия это изменение длины на 20 см. Если уменьшить это значение в два раза, поскольку бак LOX составляет половину ракеты-носителя, то удлинение всё равно составит 10 см. Мне неясно, находится ли авионика РН рядом со штырями (в этом случае локальная тепловая деформация будет минимальной) или двигателями (в этом случае она определённо имеет значение), но это показывает, что одни только тепловые эффекты могут свести на нет точность в полсантиметра. Кроме того, при посадке Flight 4 в море, где приводилась цифра 0,5 см, движение буёв визуально было намного больше.
Посадка ракеты-носителя рейса 4 в море
SpaceX заявляла, что для измерения расстояния до земли при посадке Falcon 9 они используют радарные высотомеры, которые помогают ограничить погрешность по вертикальной оси. Это могло бы помочь и в данном случае, хотя сверхтяжёлая РН опускается на неровную площадку, а не на плоскую, поэтому сигнал радара будет сложнее достоверно интерпретировать.
Можете ли вы использовать другие способы измерения расстояния в реальном времени, например лазерный дальномер или визуальную обработку? Вряд ли — поверхность аппарата слишком неровная, чтобы получить надёжную точку фиксации, особенно во время движения, и они уязвимы для дыма/тумана/газа/огня. Такие технологии, как сверхширокополосный диапазон, уязвимы к многолучевым отражениям и затуханию/направлению волн от стальных стенок ракеты-носителя, и в любом случае не более точны, чем RTK. Надёжного решения для локализации на миллиметровом уровне при таких масштабах, скорости и динамики посадки найти практически невозможно. Философия проектирования SpaceX предполагает удаление ненужных деталей — «лучшая деталь — это отсутствие детали» — и я ожидаю, что SpaceX не будет прилагать усилий, если эта дополнительная точность не нужна. Как мы увидим ниже, она действительно не требуется.
Поэтому посадка с точностью до 0,5 см невозможна. Я думаю, что наиболее вероятный вариант заключается в том, что Билл оговорился и хотел сказать «полметра» или «точность на уровне сантиметров» и спутал эти два понятия.
Насколько малы полсантиметра по сравнению с посадочными штырями (оранжевый кубик)
Насколько точно может SpaceX контролировать позицию?
Алгоритмы здесь могут быть произвольно точными. Я думаю, что точность < 10 см достижима, а 0,5 см — это впечатляюще, но не невероятно. Но это всего лишь контроль транспортного средства относительно того, где, по его мнению, оно находится. Я также думаю, что возможно, что эта метрика — то, о чём говорил Билл, хотя это не окончательное число, которое имеет значение для посадки.
При подготовке к этой попытке посадки SpaceX, несомненно, провела обширный анализ методом Монте-Карло, моделируя полёт ракеты-носителя миллионы раз с различными вариациями свойств аппарата, работы двигателя, влияния окружающей среды, например, ветра, непредвиденных и нештатных сценариев, таких как отказы двигателя, ошибки синхронизации, запаздывание сигнала и т.д. Это позволит получить реалистичные цифры точности посадки. Любая оценка того, насколько точно SpaceX может позиционировать ракету, должна быть получена в результате полного анализа, включающего динамику посадки со всеми источниками неопределённости и ошибок, и это выходит за рамки данной статьи.
Но мы можем ограничить оценки, посмотрев на посадки Falcon 9. Пользователь Reddit FortisVeritas собрал данные о местах приземления Falcon 9 и построил график, представленный ниже. Если рассматривать только зелёные места посадки на суше (чтобы убрать дополнительную погрешность от посадки на движущийся беспилотный корабль), то они, как правило, приземляются в зоне шириной примерно 5–10 метров (большой жёлтый круг на зоне посадки имеет ширину ~20 метров).
Однако у Falcon 9 есть ряд недостатков по сравнению с РН Super Heavy:
У неё нет отдельных баков для посадочного топлива, поэтому топливо будет нарушать её траекторию. У сверхтяжёлой РН есть специальные центральные баки для посадочного топлива, поэтому колебания топлива если и нарушают ориентацию аппарата, то незначительно.
Для посадки используется один двигатель, который не может дросселировать достаточно низко для зависания аппарата, поэтому для остановки аппарата прямо на земле необходимо выполнить манёвр «ховерслэм». В то время как РН Super Heavy должна выполнить большую часть манёвра «ховерслам», чтобы замедлиться непосредственно перед заходом на башню, она может зависнуть для окончательного точного позиционирования.
Поскольку он приземляется с одним двигателем, управление креном минимально вблизи места приземления, когда скорость воздуха мала и решётчатые плавники могут передать минимальный крутящий момент, и ограничивается слабыми движителями на холодном газе. Ракета-носитель Super Heavy может контролировать крен с помощью трёх двигателей до самой земли.
У Falcon 9 нет возможности отключения двигателей для посадки. SpaceX не подтвердила эту возможность для сверхтяжёлой РН, но я считаю, что отказ одного двигателя вполне возможен (подробнее об этом позже).
Ракета имеет меньшие размеры и меньший момент инерции. Ракеты становятся тем стабильнее и легче в управлении, чем они больше, подобно тому, как веник легче удержать на пальце, чем карандаш.
Ракета меньше, и поэтому благодаря закону квадрата-куба у неё больше отношение площади к массе. Это означает, что на него сильнее влияют порывы ветра, которые могут сдуть его
Он меньше, а значит, благодаря закону квадрата-куба, имеет большее отношение площади к массе. Это означает, что она будет больше подвержена влиянию порывов ветра, которые могут сбить её с курса.
Всё это говорит о том, что РН Super Heavy будет легче точно управлять, чем Falcon 9, а её посадки, вероятно, будут более точными, чем в диапазоне ±2,5 метра.
Насколько точным должно быть положение SpaceX?
Взяв за основу отличное видео Райана Хансена, в котором он смоделировал систему захвата Super Heavy, можно сказать, что арка на кадре ниже обозначает реальную зону захвата для ракеты-носителя. Эта зона составляет 22 м в самой узкой точке, и в неё должен поместиться 9-метровая ракета-носитель, так что это даёт ± 6,5 м погрешности от стороны к стороне. Длина зоны захвата составляет 18 м, поэтому требуется точность ± 9 м спереди назад.
Этот диапазон погрешности в сторону предполагает, что рычаги захвата всё ещё могут сомкнуться вокруг ракеты, если она смещена от центра — может ли башня регулировать положение рычагов в реальном времени, чтобы они не ударились сначала в одну сторону ракеты и не перевернули её? На видео ниже это выглядит именно так. Левый захват движется первым, и мы видим, как они движутся с разной скоростью, чтобы сохранить центровку вокруг ракеты-носителя в реальном времени. Признаком того, что центрирование происходит в реальном времени, является то, что левый захват на мгновение отходит назад, чтобы скорректировать своё положение. Это может быть основано на передаче данных между ракетой-носителем и вышкой, или же на вышке может быть радар, определяющий местоположение входящей ракеты-носителя. Нечто подобное необходимо и для синхронизации сближения.
Вертикальное расстояние, вероятно, будет наиболее ограниченным. Если двигатели отключатся в нескольких метрах над захватами, ракета-носитель ударится довольно сильно и в худшем случае может отскочить назад. На направляющих есть поршни, которые могут смягчить удар от упавшей ракеты-носителя, но всё равно желательно этого избегать. Способ смягчения последствий — отцентрировать РН в нужном месте и медленно опускаться вниз с постоянной скоростью, которая, как вы знаете, является управляемой для успешного захвата. Именно так поступает SpaceX. Ограничителем здесь становится топливо — падение на постоянной скорости сжигает столько же, сколько и зависание. Если вы падаете со скоростью 1 м/с, сможете ли вы делать это в течение 5 секунд? Неясно, насколько велик запас топлива у SpaceX. Двигатели выключились сразу после контакта, но, возможно, это произошло потому, что контакт был обнаружен, и у SpaceX оставался ещё запас топлива. Поскольку здесь много неопределённости, давайте прикинем, что коробка высотой 5 метров будет иметь дальность ±2,5 м.
Как определяется положение
С помощью стандартного потребительского GPS SpaceX может определить местоположение своей ракеты с точностью до 2,5 метров. При использовании системы SBAS, которая не требует дополнительных сложностей, этот показатель сокращается до 1,2 метра. Чтобы добиться большей точности, необходимо установить связь между ракетой и базовой станцией на площадке. Используя RTK, можно добиться точности до 2,5 см, но это усложняет систему. Кроме того, аппаратура будет смещена на несколько сантиметров из-за производственных допусков и теплового эффекта. С другой стороны, допустимая погрешность составляет примерно ±6,5, 9 и 2,5 (?) метра, что даёт запас по ошибкам от 2 до 8 раз. Это немного мало для испытательного полёта — на месте SpaceX я бы попытался использовать RTK или DGPS, чтобы увеличить погрешность, но при этом был бы уверен, что более простая система может работать как резервная. Это также может свидетельствовать о том, что радар всё ещё используется для вертикальной точности.
Судя по истории посадок Falcon 9, эта ракета постоянно приземляется в пределах ±2,5 — 5 метров. Однако я ожидаю, что по ряду причин управлять сверхтяжёлой ракетой будет проще. Если RTK не используется, это означает, что половина ошибки приземления РН Super Heavy является результатом точности измерений, и только половина ошибки (~1 метр) возникает из-за ошибок управления и возмущений окружающей среды. Это очень хорошо для такого крупномасштабного динамического события.
Одна из причин, по которой посадка выглядит такой точной, заключается в том, что всё очень большое, а точность GPS не меняется с масштабом. Мы не удивляемся, когда потребительский дрон летит к нам автономно, используя GPS, и приземляется на траву у наших ног —, а в этой ракете используется та же технология. Просто погрешность в 1 метр выглядит очень маленькой, когда высота ракеты составляет 71 метр.
Управление ориентацией / положением
Насколько точно SpaceX может измерить высоту?
Без устройства, измеряющего абсолютную ориентацию, такого как звёздный трекер, угловая ориентация ракеты будет зависеть от измерения угловой скорости с помощью бортовых гриоскопов, которая затем интегрируется в угловое положение относительно ориентации запуска.
Посадка сверхтяжёлой ракеты-носителя обратно в «палочки» через 7 минут после старта происходит достаточно быстро, чтобы вам не понадобился очень хороший гироскоп для хорошего наведения. Если не углубляться в детали дисперсии Аллана, то MEMS-гироскоп в iPhone XR имеет угловое смещение 27 град/час, а Pixel 7 Pro в 10 раз точнее — 1,9 град/час. За 7 минут погрешность составляет 3,2 и 0,2 градуса соответственно. И это только при использовании дешёвого гироскопа в вашем телефоне! SpaceX, вероятно, использует более хороший MEMS-гироскоп «тактического класса» с 10-кратной стабильностью при ~0,25 град/час (0,03 град за 7 минут) или вплоть до кольцевых лазерных гироскопов «навигационного класса», которые могут быть в 100 раз более точными. Этот анализ очень грубый, и линейное накопление ошибок игнорирует другие источники ошибок, такие как масштабные коэффициенты, нестабильность смещения, температурная чувствительность и чувствительность к G-нагрузкам. Но он также не учитывает более сложные методы слияния датчиков, которые можно использовать, объединяя несколько датчиков, а также методы калибровки. Так что это хорошая оценка на порядок.
Возможно, вы удивитесь, но я ожидаю, что эта ошибка будет преобладать над ошибкой измерения начальной ориентации. Обеспечение идеальной вертикальной ориентации ракеты может оказаться на удивление сложной задачей. Вы можете измерить внешние маркёры с помощью лазерного дальномера, и вы можете измерить локальный вектор гравитации с помощью акселерометра. Но как учесть механическую деформацию под нагрузкой топлива и тепловое сжатие, которые могут изменить ориентацию IMU во время заправки и в течение всего полёта? Как учесть допуски на механическую обработку, когда поверхности изготавливаются не идеально плоскими и изменяют статическую ориентацию IMU относительно других компонентов? Будет ли эта тепловая деформация симметричной или будет стремиться наклонить IMU в ту или иную сторону? Эти и другие эффекты можно измерить и проанализировать, но никогда нельзя скомпенсировать идеально, особенно при очень малой истории полётов. Я всё же ожидаю, что погрешность здесь будет меньше 1 градуса.
Насколько точно SpaceX может управлять позицией?
Этот параметр также может быть произвольно точным. Основываясь на наблюдениях за посадками Falcon 9, я бы предположил, что SpaceX может точно контролировать посадку с погрешностью менее 1 градуса по каждой из осей тангажа/отклонения/крена. Отклонение траектории Super Heavy непосредственно перед посадкой от безопасного места падения к палочкам для еды — гораздо более динамичный манёвр, чем посадка Falcon 9, но по тем же причинам, что и более высокая точность позиционирования, я бы ожидал лучшего управления положением ракеты-носителя Super Heavy.
Но, опять же, полный расчёт здесь должен быть получен в результате моделирования полёта, учитывающего динамику и неопределённость.
Насколько точным должно быть управление положением для SpaceX?
Ролл Если снова обратиться к видео Райана Хансена, то он считает, что для безопасной фиксации штифтов на направляющих существует ±9 градусов базового крена, который увеличивается до ±15 градусов при умеренном сжатии пенопластовой прокладки, обхватывающей активную зону ракеты.
Тангаж: головка штифта имеет шаровой шарнир, который соединяет её с опорной конструкцией и позволяет ей немного поворачиваться, чтобы учесть угловую ошибку по тангажу и рысканью. Уклон — это направление движения, когда РН подлетает к стартовым опорам, и он наиболее динамичен. Но, судя по всему, РН летит к точке, расположенной немного выше стартовых штырей, а затем опускается вертикально вниз. Таким образом, динамические движения должны в основном происходить до захвата. Любая ошибка в направлении тангажа может привести к тому, что после приземления РН будет «раскачиваться» взад-вперёд по направлению к башне, но я не вижу в этом ничего плохого с точки зрения конструкции. Если измерить ракету-носитель на палочках, то, скорее всего, есть как минимум 15 градусов отклонения в сторону башни, которые можно выдержать, не задев её.
Рысканье: я думаю, что это, скорее всего, угол с самым жёстким допуском. При расстоянии между штырями примерно 10 метров каждый 1 градус ошибки рысканья приведёт к вертикальному смещению на 17 см, когда один штырь попадёт в рычаг захвата раньше другого. Направляющие установлены на поршнях, которые могут перемещаться по вертикали примерно на 85 см. Они могут быть предназначены для амортизации или для дифференцированного опускания при посадке с большим рысканьем. При расстоянии перемещения в 85 см они могут компенсировать ошибку рысканья ровно на 5 градусов — подозрительно хорошее число, если я надену шляпу с требованиями к дизайну!
Во время первой попытки захвата ракета-носитель была почти идеально вертикальна, и мы практически не заметили сжатия этих направляющих при первом касании. Они равномерно опустились примерно через полсекунды после того, как РН приземлилась и осела на рельсы. Так что, похоже, не было никакой «базовой» амортизации. Либо это связано с тем, что посадка была чистой и амортизация не требовалась, либо они предназначены в первую очередь для компенсации ошибки рысканья. Если не компенсировать рысканье, то на конструкцию рычага зацепления будут действовать большие скручивающие силы, когда один штырь будет задевать другой. Это, конечно, можно предусмотреть, но это добавит дополнительную массу, необходимую для жёсткости конструкции, и я полагаю, что инженеры SpaceX предпочли бы, чтобы рычаги были равномерно нагружены.
Другой фактор, помогающий SpaceX уменьшить ошибку рысканья, заключается в том, что два рычага, сжимающие ракету-носитель, стремятся подтолкнуть её к вертикали по этой оси. Это хорошо видно на видео посадки.
Резюме по ориентации
Я ожидаю, что у сверхтяжёлой ракеты-носителя есть знания об ориентации и управление ориентацией, которые составляют менее 1 градуса по всем осям. Я полагаю, что требования к улавливанию составляют примерно ± 10 градусов по крену, ± 15 градусов по тангажу и ± 5 градусов по рысканию. Таким образом, при номинальной посадке без каких-либо аппаратных сбоев SpaceX будет иметь по меньшей мере 10-кратный запас производительности по сравнению с требованиями.
Управление скоростью и угловой скоростью
Точность измерения скорости
GPS гораздо точнее измеряет скорость, чем положение. Потребительский GPS может быть точным с точностью до 1–2 см/с путём измерения доплеровского сдвига частоты сигнала GPS. Возможно, это удивительно, но это не так уж и плохо — даже переход на RTK не улучшает точность измерения скорости. Во время посадки ракеты вибрации и сильные ускорения, вероятно, немного ухудшат этот показатель. Используя тот же IMU, что и выше, с дрейфом ускорения 0,01 милли-градуса за 420 секунд, мёртвая точка отсчёта интегрируется до ошибки в 4,1 см/с. Цифры здесь достаточно близки, поэтому, скорее всего, ни один из датчиков не доминирует, и используется объединённый подход. Например, если РН может получить показания GPS о скорости в 1 см/с непосредственно перед зажиганием посадочной горелки, то только IMU может поддерживать ошибку примерно на этом уровне в течение последних 20 секунд полёта.
Точность угловой скорости
Если мы покопаемся в спецификации дешёвого потребительского IMU, такого как ICM-42688-P, то увидим точность гироскопа ±15,625 град/с при 16 битах точности, что даёт разрешение 0,0005 град/с. Масштабные факторы, смещение гироскопа и температурные эффекты ухудшат истинную точность, но их можно в значительной степени скорректировать. Режимы автомобиля и сильные вибрации также будут вносить погрешности в сигнал, но их можно отфильтровать. Главное, что эта точность уже в 100 раз выше той, которая вам может понадобиться. Поскольку гироскоп измеряет угловую скорость напрямую, погрешность здесь ограничена и не интегрируется выше. SpaceX также, несомненно, будет использовать гироскоп лучше, чем этот.
Возможности и требования
Пока неясно, насколько точно SpaceX нужно контролировать скорость и угловую скорость. Это будет зависеть от прочности башни и захватов, способных выдержать силу остановки летящей в них ракеты. Истинные возможности здесь также трудно оценить, поскольку это такое невероятно динамичное событие. Falcon 9 показал нам, что SpaceX очень хорошо выполняет манёвр hoverslam для мягкого приземления на твёрдую поверхность, и по тем же причинам, что и раньше, РН Super Heavy должна быть легче в управлении. Но для точного ответа на этот вопрос снова необходимы симуляции, а никто за пределами SpaceX не располагает всеми необходимыми для этого данными.
Возможна ли посадка с выключенным двигателем?
Запас ориентации достаточно велик, поэтому я ожидаю, что ориентация при посадке будет устойчивой к отказу 1 из 3 посадочных двигателей. При отказе одного из двигателей двум другим нужно будет отклониться (очень грубо) на 2 градуса, чтобы направить центр масс, а РН приземлится с наклоном на этот угол по тангажу/рысканию. Но здесь всё ещё есть фактор 2–3-кратного запаса.
Хватит ли тяги двух двигателей, чтобы мягко опустить ракету? Из Википедии следует, что тяга двигателя Raptor 2 на уровне моря составляет 2,26 МН, а сухая масса РН в 275 000 кг равна силе гравитации в 2,70 МН. Это означает, что для зависания РН 3 двигателя будут работать на 40% тяги, а 2 двигателя — на 60% тяги. Таким образом, два двигателя всё равно обеспечат отношение тяги к массе сухого РН в 1,67 раза. (Предполагая скорость потока 650 кг/с при полной тяге, за последние 10 секунд полёта расходуется 19 500 кг топлива, что всего на 7% отличается от сухой массы). Этого может быть недостаточно для достаточно быстрого торможения ракеты-носителя для безопасной посадки. Но в зависимости от конкретного сценария, это может быть выживаемо. Я ожидаю, что, поскольку SpaceX стремится к регулярному повторному использованию ракет-носителей, они обеспечат их посадочным топливом, необходимым для выживания в этой непредвиденной ситуации.
Так что же самое сложное?
SpaceX не использует магию для управления своими ракетами. Хотя размер ракеты-носителя создаёт впечатление невозможной точности GNC, необходимой для посадки обратно в руки палочки, не стоит удивляться тому, что SpaceX действительно разработала систему с большим запасом прочности, используя здравые инженерные принципы. Они не стали бы пытаться совершить посадку с захватом, не будучи уверенными в том, что она сработает.
Но есть большая разница между тем, что может работать в теории, и тем, что работает в реальности. Космические полёты — это такая сложная область инженерии, потому что здесь так мало возможностей для отказа — ракета состоит из миллионов отдельных частей, большинство из которых имеют нулевую избыточность. Пределы посадочного положения и ориентации, которые я здесь рассматриваю, имеют значение только в том случае, если вы вообще можете вернуться на стартовую площадку. Бесчисленное множество мелочей может пойти не так, и любая из них закончится тем, что ваша ракета взорвётся. Гравитация — это неумолимый противник, с которым нужно бороться.
Так что же лично меня больше всего впечатляет в этом запуске?
Решатель в реальном времени, который генерирует новые опорные траектории для посадки РН в условиях жёстких ограничений по топливу (SpaceX имеет большой опыт в этом с Falcon 9, но они все ещё единственные, кто может это сделать, и я каждый раз остаюсь под впечатлением — респект Ларсу Блэкмору).
Горячий старт остаётся очень впечатляющим.
Связь в реальном времени, которая, похоже, существует между башней и аппаратом во время захвата, — это новая система, которую трудно проверить.
Скорость, с которой SpaceX итерирует, строит и тестирует Starship, превосходит все остальные отрасли.
Смелость, с которой компания рисковала взорвать площадку во время попытки захвата после всего лишь одной попытки приземления ракеты-носителя, при манёвре, который никто никогда не делал раньше.
То, что всё сработало с первой попытки! Не было никаких неизвестных, которые могли бы сорвать полёт, никаких несоответствий в отслеживании конфигурации с обновлениями, вносимыми в каждый отдельный аппарат, никаких слишком вольных инженерных предположений, никаких хитрых различий между испытаниями и полётом, никаких ошибок при обработке/создании, которые могли бы сломать детали.
SpaceX в очередной раз продемонстрировала, что работает на вершине инженерного и эксплуатационного мастерства. Мне кажется, что вопрос уже не в том, удастся ли Starship совершить революцию в области доступа в космос за счёт снижения стоимости запуска, а в том, когда это произойдёт. Снимаю шляпу перед командой за то, что она достигла этого рубежа столь впечатляющим образом, и за то, что она так открыто делится своим путешествием. Видеоролики никогда не надоедают.
Habrahabr.ru прочитано 20457 раз
