Неудача Falcon 9: Эксперты рассказали, почему так сложно посадить ракету

Для этого нужно взглянуть на процесс посадки ракеты с точки зрения физики.

После успешного запуска капсулы поддержки, "революционная" ракета Falcon 9 от SpaceX попыталась приземлиться на баржу в море. Посадка не удалась.

Портал Wired наглядно объяснил, в чем сложность посадки ракеты.

Для этого нужно взглянуть на процесс посадки ракеты с точки зрения физики. Следует учитывать, что речь идет об общих физических принципах, а не технических деталях посадки ракеты.

Человечество высаживало несколько космических аппаратов на Луну в ходе миссий "Аполлон". Совершить такую посадку определенно легче, чем Falcon 9, ведь у лунного модуля есть ракета снизу, но вращается он при помощи других двигателей сбоку.

У Falcon 9 есть ракетный двигатель снизу, и он используется как для движения ракеты, так и для ее вращения. Поэтому маневрировать Falcon 9 немного сложнее (кроме того, на Луне гравитационное поле гораздо меньше).

Три маневра для ракеты

Ракета Falcon 9 может делать три вещи, используя главный двигатель:

1. Вертикальное ускорение: полезно для замедления ракеты, чтобы она не разбилась.

2. Горизонтальное ускорение: используется для изменения горизонтальной скорости ракеты. Это полезно для изменения горизонтального положения ракеты, чтобы она могла сесть на баржу в океане.

3. Угловое ускорение: оно меняет вращательное движение космического аппарата относительно центра массы. Это полезно в случае, если ракета садится в вертикальном положении.

Например, ракета Falcon идет на посадку и у нее есть некоторая горизонтальная скорость. Для того чтобы замедлиться для безопасной посадки, ракета должна двигаться в противоположном направлении. Вот что происходит.

Чтобы ускориться вправо, ракета изменяет угол. Но поскольку эта сила тяги не действует в линии, которая проходит через центр масс, возникает крутящий момент, который изменяет вращательное движение корабля. Следует добавить тот факт, что нужно всегда изменять значение тяги, чтобы ускорять ракету вверх и вниз.

Посадить такую ракету крайне сложно. Чтобы лучше понять это, можно попробовать балансировать с вертикально установленной шваброй (или другой длинной палкой) на руке, просто установив на нее один конец объекта. При этом, нужно перестать двигаться.

В этом примере действительно можно остановить швабру, и она не упадет. Но в случае с ракетой, нужно одновременно остановить ее и удерживать вертикально до конца.

Почему бы не использовать другую конструкцию ракеты?

Можно рассмотреть несколько ракетных конструкций. Во-первых, есть Falcon 9. Во-вторых, есть плоская конструкция, которую будет весьма просто посадить — что-то вроде лунного посадочного модуля.

"Легким модулем" будет гораздо проще управлять. Во-первых, он не высокий и не тонкий, как Falcon 9. Центр массы расположен ближе к основным двигателям, поэтому они не будут провоцировать появление крутящего момента, который нужно будет изменять вращательными движениями.

Кроме того, у него есть несколько двигателей, поэтому в нем можно варьировать тягу, чтобы создать нулевой крутящий момент. Также, в этой конструкции есть боковые двигатели. Можно изменить горизонтальное движение "легкого модуля" даже не разворачивая космический аппарат.

Хотя "легкий модуль" легче посадить, он не так функционален, как Falcon 9.

Falcon 9 не спроектирована для приземления на баржу в океане (хотя пытается). Ракета спроектирована, чтобы запускать полезный груз на орбиту. Это ее основная функция, с которой "легкий модуль" не справится никак.

Ракеты высокие и тонкие, поэтому встречают меньше сопротивления воздуха по мере ускорения через атмосферу. Чем меньше площадь поперечного сечения передней части ракеты, тем ниже сопротивление воздуха.

Чтобы "легкий модуль" запустил полезный груз в космос, он должен иметь намного больше топлива, чтобы компенсировать большое сопротивление воздуха. Но с большим количеством топлива понадобится большая ракета, которая потребует еще больше топлива. При запуске ракеты каждый грамм имеет значение.

Таким образом, понятно, почему сделать ракету для запуска полезного груза на орбиту и благополучной посадки на баржу в земном океане в дальнейшем довольно трудно.

Напомним, 10 января Ракета Falcon 9 успешно вывела на орбиту космический грузовик Dragon. Первая ступень после отделения должна была приземлиться на большую платформу, установленную в океане у побережья Флориды. В будущем планируется использовать первые ступени Falcon 9 вторично. Маск заявил в Twitter: "Ракета долетела до космического порта, но приземление было жестким", а также опубликовал фото неудачной посадки.