¿El New Glenn tendrá aletas de rejilla? ¿Por qué o por qué no?

Las aletas de rejilla del Falcon 9 existen para resolver un problema particular: el control durante el primer descenso de los motores. La estabilidad aerodinámica durante esa fase proviene de tener el centro de masa muy por debajo/delante del centro de presión debido a los motores pesados ​​en la parte inferior. Pero un descenso estable al lugar equivocado no es el resultado deseado. Además, Falcon 9 vuela con un perfil específico que incluye algunos cambios de actitud, por lo que se necesita un control activo. SpaceX eligió aletas de rejilla en lugar de agregar propulsores de mayor capacidad u otras soluciones aerodinámicas, pero no sabemos exactamente por qué: ¿Costo? ¿Peso (que es básicamente el costo)? ¿Fiabilidad? ¿Reutilización?

¿Qué tal un cohete más grande, como el nuevo Glenn?

Si simplemente amplía una forma aerodinámica, manteniendo constante todo lo demás en el diseño, se vuelve más estable: las desviaciones debidas a las interrupciones aerodinámicas (viento) y el par de gravedad (es decir, no directamente sobre los motores) provocarán una aceleración más lenta.

¿Por qué? El momento de inercia$mL^2$se vuelve significativamente más grande cuando se amplía a un objeto más grande de la misma forma.$m$es más grande (por escala, como el cubo de$L$),$L^2$es más grande. La escala es generalmente como$L^5$. Pero también tenga en cuenta que los pares aumentan: actúan durante un tiempo más largo$L$, y vienen de un área más grande (como$L^2$). Entonces, de nuevo al igual que la escala, una aceleración angular de un error aerodinámico es como$1/L^2$, disminuyendo a medida que los objetos se hacen más grandes. Para la gravedad, las fuerzas escalan como$m$, el par como$mL$, por lo que la aceleración angular es como$1/L$; disminuyendo con el tamaño, pero no tanto como en el caso cero. En pocas palabras: los controles (aletas o de otro tipo) pueden volverse comparativamente más pequeños (aún más grandes, pero no tanto como el cohete) a medida que los cohetes crecen en tamaño.

Pero para que las aletas funcionen, debes tener flujo de aire. Tenga en cuenta que Blue Origin parece preferir aterrizar a través de una fase de vuelo estacionario. Las aletas no son útiles entonces, rejilla o de otra manera. Se necesitan propulsores.

Por el aspecto del cohete, están usando aletas sin rejilla para mover el centro de presión más cerca del centro de masa (es decir, hacia el fondo) durante el vuelo, lo que reduce la autoridad de control que necesitan durante el descenso. Entonces, los propulsores podrían ser suficientes. Combinado con el deseo de una fase de vuelo estacionario, podrían estar adoptando un enfoque de capacidad de propulsor gigante. Un cohete más grande ya tiene más capacidad para propulsores; Blue Origin podría haber encontrado una manera de agregar más capacidad y alejarse de un complicado sistema de aletas móviles.

Las aletas se utilizan generalmente para controlar aerodinámicamente el vehículo. Las aletas de rejilla son una forma de aletas más simple y más almacenable (como se mencionó, plegadas planas, especialmente durante el ascenso) de aletas en comparación con las convencionales. El New Glenn parece seguir el legado de aletas desarrolladas, probadas y validadas durante los vuelos de New Shepard, que han utilizado aletas convencionales para lograr el control en las partes atmosféricas del vuelo.

Las aletas de rejilla suelen estar controladas por la cola, por lo que proporcionan momentos de control más grandes en comparación con las aletas más cercanas al centro de masa, que suele ser el caso de los alerones como superficie de control, en lugar de los elevadores o timones. Funcionan para servir como actuadores de control y como generadores de arrastre (están diseñados para soportar el calor, y SpaceX ha mejorado esto con el tiempo). Los cohetes más grandes quizás ya tengan suficiente área para la resistencia y, por lo tanto, requieran menos ayuda de las aletas de la rejilla, y / o los ingenieros de Blue Origin han planeado lograrlo de manera diferente a lo que SpaceX está planeando. No estoy seguro de si esto responde completamente a su pregunta, pero siento que estoy agregando información a otras respuestas.

Las aletas de rejilla estabilizan el vehículo, como mencionaste. Ahora imagine esto: cuando equilibra un palo de escoba por la parte inferior del mango, es mucho más fácil de equilibrar que si intentara lo mismo con un lápiz. Esto se debe a que el momento de inercia del lápiz es mucho mayor, lo que significa que un objeto más grande, el palo de escoba, es más fácil de equilibrar. Esta es la razón por la que el New Glenn, un vehículo más grande que el Falcon 9, no requiere aletas de rejilla. Si ve renders de Starship de SpaceX , no hay aletas de rejilla, supongo que por una razón similar. Espero que esto ayude.