Разбор полета. "Негромкий инсульт" частной космонавтики
"Негромкий инсульт" частной космонавтики сентября гений частного космоса Илон Маск нарисовал два твита (см.
рисунок):
Внизу, жирным шрифтом, он сообщил, что компания столкнулась "с самой
сложной и запутанной аварией за четырнадцать лет". Второй твит ещё
удивительнее: "В частности, стараемся понять (причину) негромкого удара
за несколько секунд до появления вспышки. Возможно он раздался на борту
ракеты или где-то ещё".
Где-то ещё... Самая сложная и запутанная авария.В этом сообщении
самая ценная информация "негромкий удар" (the quieter bang sound - можно
ещё литературней перевести - приглушённый звук разрыва, приглушённый
хлопок).Что ж... Если американские инженеры не знают, в чём причина
"негромкого удара", придётся рассказать, что знают русские инженеры.
Здесь и далее - то, чему меня учили.
Если специалисты SpaceX до сих пор не сказали, что случилось в районе
стыковки магистралей заправки и дренажа со второй ступенью, то это
большой ой, так как они наверняка знают причину. (Почему они молчат,
скажу в конце записи).По моему опыту, который в меня вдолбили мои
учителя, жидкий кислород, ввиду его высокой плотности (1140 кг/куб.м при
нормальной температуре кипения кислорода 90К = -183С) является весьма
"гидроударной" жидкостью. Поэтому, от греха подальше, все диаметры
магистралей и скорости заправки подбираются таким образом, чтобы в самых
узких сечениях скорость кислорода не превышала 2 м/с.
Так как Сокол-9 изначально конструктивно является переутяжелённой
ракетой, для повышения энергетики пусков и возможности вывода на орбиту
хоть какой-то приемлемой полезной нагрузки, компания SpaceX была
вынуждена применить в качестве топлива переохлаждённый керосин и в
качестве окислителя переохлаждённый кислород. За счёт переохлаждения,
масковцы заправляют в ту же ракету приблизительно на 15% больше
кислорода и на 2.5% больше керосина.
НО.
При этом плотность жидкого кислорода уже не 1140 кг/куб.м, а все 1300
кг/куб.м. Одновременно с повышением плотности, возрастает и вязкость
жидкого кислорода. Более вязкий кислород при том же давлении течёт
медленнее, значит, для сохранения циклограммы (времени) заправки,
масковцы были вынуждены "поддавить" насосы и увеличить давление
заправки. Соответственно, скорость потока переохлаждённого жидкого
кислорода тоже увеличилась.
Назвать точные цифры не могу - я не знаю, как сильно они форсировали
режимы заправки - но совершенно точно то, что скорости заправки жидкого
кислорода повышенной плотности возросли - допускаю, что на 10-15%.
А это, ребята, прекрасные условия для возникновения гидроудара. Как
возникает гидроудар по жидкому кислороду? Если в трубопроводе есть
газовый пузырь (а он обязательно возникает при любой задержке - кислород
интенсивно кипит в тёплых магистралях при начале заправки), то в силу
ничтожной плотности газа по сравнению с жидкостью, при открытии клапана,
газ просвистывает через клапан, жидкий кислород под давлением
устремляется по трубе - и всей несжимаемой массой ударяется об "узость" -
там, где тормозится, - или в изогнутом гибком рукаве заправочной
магистрали, или в замке стыковки с бортом, или в бортовом клапане.
Энергия удара описывается знакомой всем школьникам формулой
кинетической энергии - массу разогнавшейся жидкости надо умножить на
квадрат скорости потока и поделить пополам.Какая же это может быть
энергия? В магистрали длиной в сотню метров (а высота Сокола-9
составляет 70 м - со всеми загибами и наземными участками получается как
раз минимум 100 м - ещё раз - это минимум, реально больше) при диаметре
трубы заправки, скажем, в 100 мм (для небольшой второй ступени) каждый
погонный метр трубы содержит 10 (десять) килограммов жидкого кислорода,
соответственно, в трубе длиной 100 метров - разгоняется одна тонна
окислителя (малолитражный автомобиль). Если скорость в трубе ничтожных 3
метра в секунду, то это в привычных нам размерностях составляет 11 км/ч
(скорость бегуна в парке).
А теперь возьмите свою машину, разгонитесь до слабенькой скорости 11
км/ч и впилитесь в бетонный столб. Что произойдёт? Бампер, минимум,
всмятку. Вот то же самое происходит и с узлами стыковки заправочных
магистралей - если случается гидроудар по жидкому кислороду.Поэтому, я
думаю, что приоритетной версией "негромкого звука" ("приглушённого
хлопка") является гидроудар по переохлаждённому жидкому кислороду с
последующим разрушением гибкого рукава узла стыковки магистрали заправки
жидкого кислорода (возможно, замков стыковочного узла или участка
бортовой магистрали) с течью сварных швов, с одновременным нарушением
герметичности узла стыковки соседней магистрали заправки керосина (там
всё очень рядом), смешением кислорода с керосином в районе подключения
коммуникаций к борту (скорее всего, внутри борта) - и последующим
воспламенением парожидкостного "коктейля".
Второй, не менее неприятной для SpaceX, версией является авария по
дренажу бака с переохлаждённым кислородом и разрушение кислородного
бака. В этой версии есть мутное место - если керосин был герметичен, то
такого взрыва не могло быть.(Второй-с-половиной версией является
разрушение чего-либо кислородного (по гидроудару в магистрали или
превышению давления в баке) - и последующим попаданием жидкого кислорода
в систему гарантированного пуска двигателя второй ступени. Но для этого
нужно понимать компоновку второй ступени и где бортовики смонтировали
ёмкости с триэтилборатом и триэтилалюминием).
А теперь - почему SpaceX вынуждена глухо молчать.Если это гидроудар
на заправке, если это гидроудар на переохлаждённом кислороде, то это
неустранимая конструктивная ошибка - надо или уменьшать расходы
заправки, увеличивать время заправки и резко увеличивать потери
кислорода за счёт испарения - заново проверять все дренажи, заново всё
нудно и упорно отрабатывать - а это месяцы и месяцы тяжёлой работы,
никаких пусков, сплошные расходы - но, самое неприятное, надо что-то так
объяснить миллионам пытливых фанатов частного космоса, чтобы они ни о
чём не догадались.
Это нетривиальная задача, но, я уверен, блестящая PR-служба SpaceX с
этой задачей справится.С пламенным приветом Илону Маску, с пожеланиями
получше понять причину "негромкого удара".
UPDВ ходе небольшой технарской головоломки выяснилось, что гении
конструирования разместили шар-баллоны гелия высокого давления в
выштамповках бака жидкого кислорода. Спасибо Антону Пальянову за
фотографию. В этом случае, версия Дмитрия Игоревича Обернихина (см.
комментарии) о беде с композитным-шар-баллоном тоже выкатывается на
авансцену. Но это такой липкий ужас, что без мата комментировать
невозможно.
Дмитрий Конаныхин
Источник: http://www.warandpeace.ru/ru/c...
Дополнительно про шар-баллоны гелия высокого давления. спасибо user3120
В общем-то, всё уже понятно. За несколько секунд до взрыва произошел
некий негромкий «хлопок», ну а потом уже садануло. Что садануло — тоже
понятно, кислород с заправки второй ступени соединился либо с керосином,
либо с триэтилборатом и триэтилалюминием (используются для запуска
двигателя 2-й ступени). Но гораздо интереснее, отчего же потек кислород и
что это был за хлопок.
Мне тут рассказали, что гении конструирования из команды Ололоши
нашего Маска разместили шар-баллоны гелия высокого давления в
выштамповках бака жидкого кислорода — ну чтобы место зря не терять,
ракета и так получилась непропорционально длинной. Шар-баллоны эти, как
модно у американцев, сделаны из углепластикового композита. Температура
кипения жидкого кислорода равна -183 С, но Ололоша наш Маск использует
переохлажденный кислород, чтобы его побольше напихать в баки, а
поскольку температура плавления кислорода -219 С, температура баков
получается в районе -200 градусов цельсия. До близкой температуры
охлаждаются и шар-баллоны. При такой температуре композиты баллона с
гелием высокого давления становятся хрупкими. Баллон разорвало, осколки
разворотили бак с кислородом и повредили емкость с триэтилборатом — и
как только потекший жидкий кислород соединился с вытекающим
триэтилборатом (или даже керосином, плюс следы масла на каком-нибудь
соединении дали в кислороде вспышку), произошел большой бумс.
И конечно это только версии. Что случилось на самом деле мы можем вообще не узнать.
Комментарий автора:
Интересная версия. Хотелось бы по подробнее "гении конструирования
шар-баллоны гелия высокого давления разместили в выштамповках бака
жидкого кислорода"(добавил) . И конечно это только версии. Что случилось
на самом деле мы можем вообще не узнать.
https://aftershock.news/?q...
Источник: cont.ws.
Рейтинг публикации:
|
