Проблемот со многу мотори - блогот на Бернд Лајтенбергер
Одговорот на горното имплицитно прашање е прилично едноставен: Секој мотор е извор на грешка. Сакам да се ограничам на млазни мотори со течни горива, бидејќи бустерите за цврсто гориво се генерално посигурни, барем така ни кажуваат статистичките податоци за лажните стартувања на лансирните возила. Моторот со течни мотори има повеќе можности за откажување поради подвижните делови.
Да земеме пример: Ракета со две фази и по еден мотор, на пр. Делта IV, во споредба со една со три етапи и шест мотори во трите фази (4, 1, 1), на пр. Аријан 1-3. Да претпоставиме дека секој мотор има 1% ризик од откажување. Покрај тоа, има и други подсистеми во ракетата, на пр. Контроли, одделување на етапи, резервоари, вентили, кои можат да пропаднат. да речеме дека тие се одговорни за 1% од лажните стартови.
Во еден случај, ризикот од лажен почеток е 3%, во другиот 7% - звучи како малку, но во апсолутна смисла тоа значи зголемување од 133%. Ако сега се префрлите на осум до девет мотори во првата фаза, како кај Saturn IB, Ariane 4 или Falcon 9, ризикот станува уште поголем и многу е веројатно дефектот со N-1 со вкупно 44 мотори во пет фази.
Како можете да му се спротивставите на ова?
Од една страна, се разбира, со техничкиот дизајн на моторите. Или со тоа што сте многу едноставни, така што веројатноста за дефект е мала - затоа работете со докажана технологија, високи прагови на безбедност. Пример се на пр. Моторите Викинг: тие работат со мал притисок на комората за согорување, горивото се пали хиперголично (не е потребен систем за палење), покрај регенеративно ладење, се користи и ладење со филм.
Втора можност е, доколку тоа не е можно од причини за изведба, опширно да ги тестирате моторите за да ги пронајдете сите грешки во дизајнот и скриените грешки. Ова е направено со НК-33 и 43, но исто така и со Ф-1 и Ј-2. Ова треба да ја зголеми сигурноста. Сепак, станува проблематично кога моторот е комплексен, со мали резерви на безбедност и едвај тестиран. Тогаш неуспехот е неизбежен. Затоа, не е изненадувачки што првата генерација на N-1 моторите имаше алармантно ниска сигурност.
Друга можност е да се вооружите против неуспех кога тоа е веќе статистички веројатно. Сега доаѓа познатиот клучен збор, „способност за мотор“. На обичен англиски јазик: ракетата исто така треба да може да ја заврши својата мисија ако откаже моторот. Секогаш ќе има ситуации што доведуваат до загуба. Доколку експлодира мотор, поточно турбината/турбо пумпата со нејзините подвижни делови се распаѓа, тогаш парчињата веројатно ќе ги оштетат околните мотори. Од друга страна, ниту капак на Кевлар, како што се вградените во N-1 или Falcon 9, не помагаат. Во N-1, барем никој од лажните стартувања не ги спречи.
Но, тоа е прилично исклучок. Доволно често, дефектите можат да се препознаат навремено и моторот може да се исклучи пред да се оштети, барем ако има посебни линии за гориво.
Проблемот што се јавува е асиметрија на потиснување и загуба на нагон. Прво на сите за второто: дури и ако ракетата има толку големо забрзување при полетување што губењето на нагонот не доведе до губење на надморска височина, сепак се зголемува губењето на гравитацијата. Затоа, секогаш мора да има резерва на гориво на располагање за да се справите со ова. За Сатурн IB со можност за испуштање мотор, тој беше околу 1.000 кг. (Не само во овој случај). Бидејќи резервата треба да апсорбира само дефект во првата фаза, нејзината големина е независна од носивоста, бидејќи тоа тешко влијае на вкупната тежина. И покрај тоа што 1.000 кг (што одговара на 7% од товарот на ЛЕО) сè уште може да се толерира во мисиите на ЛЕО, тие сочинуваат околу 20% од носивоста за лунарните мисии.
Втората е асиметрија на потиснување. Затоа што сега потиснувањето недостасува на одредена позиција. Без регулација, ракетата избива во оваа позиција. Сега сите носачи имаат мотори за вртење, но ова работи само под одреден агол, вообичаени се 6-9 степени. Ако максималното отклонување не е доволно за да се компензира, мисијата е изгубена. Еве еден пример: Со Ariane V35, потиснувањето во еден од осумте мотори се намали за партал во линијата за гориво. По 90-тите години моторите достигнаа максимална девијација и повеќе не можеа да ја компензираат асиметричната потисна сила. Ракетата се вртеше и по 110-тите години имаше паузи во структурата што иницираше самоуништување.
Стандардна постапка во случај на откажување на моторот на носач со „способност за излегување на моторот“ е да се инсталираат моторите симетрично на оската на вртење и, исто така, да се исклучи спротивниот мотор, така што Сатурн V се одвива на вториот тест лет. Сепак, ова, исто така, ја удвојува загубата на потиснување и затоа високите резерви што се неопходни. Со Falcon 9, како најнов модел со оваа можност, тоа значи дека тој сепак треба да работи со 7 мотори. Ова сè уште не е случај со сегашните мотори, бидејќи потиснувањето во случај на дефект веднаш по полетувањето е прениско за да се забрза понатаму ракетата. Ова ќе биде случај со планираната надградба.
Неверојатно, колку повеќе мотори користи ракетата, толку полесно е да се ублажи дефектот. Земете го N-1 со 30 мотори во првата фаза. ќе се очекува неуспех на секој трет почеток со 99% сигурност. Но, потисната моќ би се намалила само за 3,3%. Со исклучување на спротивниот мотор за 6,7%. Сепак, загубата сепак може да се апсорбира во оваа мала мера со вртење на моторите.
Како и да е, трендот е кон мотор. Еден мотор со поголема моќност е поевтин за производство од неколку со помал потисок, системот е поедноставен, а дефектот е помал, иако со погубни последици. Постојат неколку причини да се користат многу мотори. Во случај на многу големи мотори, високите трошоци за развој се заедно со само неколку распоредувања за лунарни или мисии на Марс, поради што и Арес V и Сатурн V користат пет или шест мотори во првата фаза. Друга причина може да биде тоа што се потребни само неколку типови мотори за сите фази. Значи, со Аријан 1-4, тип за втора фаза, прва фаза и засилувач. N-1 има по еден вид за првата и втората и друг за четвртата и третата фаза. Би работел дури и со само еден тип, на пример, комбинација на еден мотор - четири мотори - 16 мотори со три фази.
Ако комбинирате можност за испуштање мотор со вишок потисок и испробани и испробани мотори, тоа заштедува мисии. На Сатурн I + V, моторите пропаднаа во три мисии и немаше загуба. Но, ако комбинирате „мрзливи“ мотори без добра имплементација на „можноста за испуштање мотор“, резултатот е носачи како N-1 - ниту еден почеток не беше успешен. Она што не може да се пресретне во секој случај е дефект на засилувачот - овие имаат свои резервоари за гориво без врска со главната сцена. Дури и ако моторот може да се исклучи, горивото останува таму, тежиштето се менува и тежината се зголемува на крајот од изгорениците - многу мртва маса се носи заедно.
Beе биде интересно каде е соколот 9.