¿Cuáles son las consecuencias de la integración Vertical vs Horizontal para SpaceX?

Uno de los problemas que tiene la Fuerza Aérea con el uso de SpaceX como proveedor de lanzamiento es que sus cargas útiles están diseñadas para la integración vertical. Es decir, el propulsor se encuentra en la plataforma en posición vertical y la carga útil se adjunta encima.

Falcon 9 y Falcon Heavy están integrados en el hangar, en posición horizontal, es decir, tumbados de lado.

¿Cuáles son las consecuencias de cambiar este enfoque?

La carga útil se integra verticalmente en el adaptador de carga útil. Luego, ese ensamblaje se gira a la posición horizontal para el resto de la integración.
Se supone que Ariane 6 también usa integración horizontal.

Respuestas (3)

El problema principal con el enfoque de integración horizontal de SpaceX es que la carga útil debe poder rotarse.

Acoplamiento horizontal

Los costos principales de la integración horizontal son el equipo de transición, esencialmente, una mesa basculante de la longitud del cohete ensamblado. El cohete en sí no está diseñado para transportar la carga horizontal, pero está diseñado con una estructura adicional mínima para permitir la rotación y el uso del soporte horizontal. Dado que el cohete debe enviarse en esta orientación de todos modos, no es un problema de costos importante, y la rotación debe ocurrir en algún momento.

Los beneficios de la integración horizontal, especialmente para el accesorio de carga útil, son que el entorno limpio se mantiene cerca del piso y es posible utilizar un movimiento de materiales totalmente no basado en grúas. Esto reduce los gastos generales estructurales y el riesgo para el personal. Una caída de 3 m es una bestia muy diferente a una caída de 50 m. Esto significa que las herramientas que se caen, la caída del personal y otros percances incidentales tienen un riesgo mucho menor. Del mismo modo, una grúa tiene muchos puntos potenciales de falla más que un montacargas modificado. (SpaceX usa grúas para algunas actividades; no aprovechan al máximo el potencial, porque ciertas actividades son más fáciles con la grúa).

Sin embargo, los inconvenientes son que la carga útil debe poder mantener su integridad tanto en la posición de acoplamiento como en la posición de lanzamiento, así como en todos los puntos intermedios. Esto es principalmente riesgos para sensores, antenas y paneles solares; la mayoría de estos pueden diseñarse para la transición a un menor costo en masa y, en el caso de los sensores, agregar cubiertas para durante el proceso de acoplamiento.

Apareamiento vertical

Los beneficios de la integración vertical son que la carga útil puede reducirse ligeramente en masa y ligeramente en complejidad, pero a costa de trabajar a más de 50 metros sobre el suelo, y todo lo que necesita ser izado por grúas o elevadores especiales. Además, el entorno de trabajo crea un impacto de alta velocidad con las herramientas que se caen, y hay una masa estructural adicional para el área de trabajo limpia en altura.

Movimiento a la almohadilla.

El acoplamiento horizontal también permite el movimiento horizontal: SpaceX puede mover el cohete ensamblado horizontalmente y erguirlo sobre la plataforma, en lugar de moverlo en posición vertical. La transferencia horizontal es más estable y más fácil de manejar con seguridad.

Algunas notas

Vale la pena señalar que los cohetes generalmente no reciben combustible hasta después del acoplamiento de la carga útil. Esto es cierto para muchos cohetes, no solo para dragones. SpaceX señala que solo alimentan el vehículo para el día de ensayo y lanzamiento de Wet Dress, y extraen el combustible entre ellos; ya está en la plataforma verticalmente.

Tenga en cuenta que la cápsula del dragón se carga en orientación vertical; en teoría, esto podría hacerse después del apareamiento, pero eso requeriría estirar el aeroshell en su lugar.carga de dragón

El Dragon C2 se acopló al maletero verticalmente antes de la integración horizontal con el vehículo de lanzamiento Falcon 9. La misión reunida se encuentra en un hangar de baja altura. Este hangar es una estructura de menor costo debido a la carga reducida en los miembros que una vertical. Además, tenga en cuenta que la estructura es lo suficientemente ancha para el Falcon 9 pesado: tiene aproximadamente 5 veces el ancho del vehículo Falcon 9 ensamblado, y el Falcon 9 pesado tiene aproximadamente 3,4 veces el ancho.

Nota adicional: la cápsula tripulada Dragon 2 está diseñada para la carga de pasajeros en modo vertical en la plataforma. Cargarlo antes sería difícil, dados los asientos. Interior del Dragón 2 http://www.spacex.com/sites/spacex/files/v2_seats.jpg

¿Supongo que algo se desliza bajando el refuerzo verticalmente por un eje para que la integración vertical se pueda llevar a cabo a nivel del suelo?
Incluso en un silo, las cosas pueden caer mucho y causar problemas: en.m.wikipedia.org/wiki/1980_Damascus_Titan_missile_explosion

Con la integración vertical, la fuerza de la carga útil se absorbe en la misma dirección que las fuerzas de lanzamiento, por lo que solo necesita hacer que el cohete sea lo suficientemente fuerte como para sostener la carga útil en la dirección vertical.
Con integración horizontal, el cohete debe construirse para soportar la carga de flexión de la carga útil cuando el cohete está horizontal. Esto generalmente significa una construcción más pesada. Los cohetes se construyen de la forma más ligera posible. Algunos cohetes solo pueden soportar su propio peso cuando los tanques de combustible/oxidante están presurizados.

La integración vertical en un edificio de ensamblaje también significa que debe transportar la pila verticalmente a la plataforma de lanzamiento. Esto es factible en climas templados con muchas advertencias de mal tiempo (Cabo Cañaveral). Baikonur, por ejemplo, tiene fuertes vientos con tanta frecuencia que no es factible transportar la pila verticalmente.

Fuente: "N-1 para la Luna y Marte, una guía de referencia para el superpropulsor soviético"

Tienes razón, mi respuesta fue más sobre las consecuencias generales de la integración Vertical vs Horizontal en lugar del caso de SpaceX.
Las cargas de flexión deberían ser un pequeño problema para un cohete sin combustible, alrededor del 10 % del peso de lanzamiento.

Una cosa en la que pensé sería la necesidad de un recinto en la plataforma.

El transbordador usó el RSS (Sistema de servicio giratorio) que era una cosa monstruosa que cubría toda la bahía de carga, mientras que en la plataforma proporcionaba control ambiental. Como se puede imaginar, no es una estructura barata, que tuvo que sobrevivir estando bastante cerca de 7 millones de libras de empuje cuando el transbordador despegó.

Ariane 5 y Delta tienen una estructura como la letra U invertida que rueda sobre la parte superior y tiene puertas que se cierran para encerrar el vehículo.

Por lo tanto, construir uno de estos (que en realidad SpaceX destruyó en LC40 en CCAFS cuando se hicieron cargo) sería un costo.

Soyuz en la Guayana Francesa también tiene una torre de servicio móvil, vea la gran estructura a la derecha en la imagen principal: russianspaceweb.com/kourou_els_design.html
Aquí hay un buen video del funcionamiento de las instalaciones de Soyuz en la Guayana Francesa: youtube.com/watch?v=CLhNOa6GBeo
ITYM la Estructura Rotativa de Servicios. El Sistema de Servicio Móvil es el brazo robótico de la ISS.