Los intentos de SpaceX de aterrizar implican el uso de los motores de la primera etapa para reducir la velocidad del propulsor y el uso de aletas de rejilla para realizar ajustes de trayectoria.
Los paracaídas generalmente no son rígidos y pueden desviar el rumbo del cohete cuando aterrizan en algo tan pequeño como una barcaza, pero ¿es una opción usar frenos de aire, posiblemente parecidos a las aletas de rejilla, pero con una superficie sólida, para reducir la velocidad del cohete durante descenso, ahorrando combustible y ayudando a prevenir aterrizajes bruscos?
Si no, ¿cuáles son los inconvenientes que impiden que SpaceX use frenos de aire rígidos?
Parece que inicialmente planearon usar las patas de aterrizaje como frenos de aire.
Elon Musk declaró que:
Si luego hace algunas cosas interesantes, como mirar nuestro tren de aterrizaje, son esencialmente como aletas gigantes del cuerpo, por lo que la resistencia: cuando desplegamos el tren de aterrizaje, la resistencia aumenta enormemente, por lo que tenemos un uso dual del tren de aterrizaje como flaps de cuerpo gigantes y como tren de aterrizaje. Eso realmente reduce la velocidad terminal a la mitad y, por lo tanto, el combustible, el propulsor que necesitamos para detener el vehículo a la mitad, y en realidad es un método bastante eficiente para aterrizar con precisión.
Esto tal vez sea solo una idea anterior que no se materializó. Si observa el video de reutilización anterior , verá que las piernas están parcialmente desplegadas como frenos de aire. Pero con el último video , las piernas ya no se usan de esa manera, por lo que es probable que hayan renunciado a la idea. Mi especulación es que, de hecho, tenían la intención de usar patas de aterrizaje para controlar la actitud durante el descenso sin motor, pero no funcionaron bien durante los aterrizajes de prueba iniciales en el océano y cambiaron a la idea de una aleta de rejilla más arriba en el cuerpo.
También apareció una imagen cruzada de que estaban probando en un túnel de viento las piernas desplegadas en un punto.
Para dar un poco más de contexto, me gustaría agregar que el comentario anterior se hizo el 24/10/2014, después de que se realizaron dos vuelos de prueba de aterrizaje con las piernas de aterrizaje, vuelo 9 y 10 el 18/2/2014 y 7/ 14/2014. Pero además, el 17/06/2014, ya probaron las aletas de dirección por primera vez en el vuelo de prueba del F9R y solo 3 meses después del comentario, el vuelo 14 voló con aletas de rejilla el 10/01/15. Entonces, es probable que para cuando hizo el comentario, ya se decidió que el frenado de aire con las piernas no funciona.
También hubo un intercambio de Twitter sobre este tema el 22/11/14 y declaró:
El uso de piernas como frenos de aire para reducir la velocidad terminal a la mitad requiere un ligero rediseño y más datos. Tal vez el vuelo 21.
El artículo de noticias de SpaceX del 21/12/15 antes del lanzamiento de Orbcomm-OG2 tiene información contradictoria con respecto a las aletas de la rejilla.
El primer intento de aterrizar suavemente en el agua fracasó, ya que intentamos controlar el cohete solo con pequeños propulsores de actitud. Si bien funciona bien para una forma de cuerpo suave y roma como Dragon, resulta ser una propuesta inútil para algo con la forma de un cohete propulsor. Falcon se salió de control y se estrelló contra el agua a gran velocidad.
Luego agregamos cuatro aletas de rejilla en una configuración de ala en X para brindarnos el control de tres ejes necesario bajo una presión atmosférica dinámica alta, que alcanza un máximo de 1,5 toneladas por pie cuadrado.
Esto resolvió el problema de control y pudimos hacer dos aterrizajes suaves en el agua con éxito. La altitud máxima de la etapa del cohete fue de 210 km, lo cual no importa mucho, y la energía cinética de transferencia máxima fue de 200 GJ.
El primer intento debe referirse al vuelo 6, y dos aterrizajes suaves exitosos en el agua solo pueden referirse a los vuelos 9 y 10. Pero la aleta de rejilla no voló hasta el vuelo 14, por lo que el éxito de los vuelos 9 y 10 no se puede atribuir a la aleta de rejilla como se menciona en este artículo. Bueno, obviamente, ese artículo fue escrito a toda prisa como se indica en la parte inferior:
T-cero en 15 minutos, así que tengo que cerrar la sesión. Disculpas por cualquier error tipográfico en lo anterior.
-- Elón
SpaceX necesita una solución que pueda funcionar a velocidades hipersónicas y luego bajar lo más lento posible. Tienen suficiente combustible asignado para usar el motor para matar la velocidad, y necesitan aletas de dirección de todos modos.
Por lo tanto, las aletas de la parrilla hacen el truco para conducir a través de los dominios de rendimiento con el motor proporcionando suficiente desaceleración según sea necesario.
Es probable que los frenos de aire solo funcionen al final del vuelo, donde el motor controla principalmente la velocidad de descenso.
Los frenos de aire tendrían que soportar temperaturas muy altas, ya que básicamente convierten la energía cinética (velocidad) en fricción (calor). Así que tendrían que ser grandes y caros.
El cohete ya tiene un lado muy resistente al calor (el lado del motor, con las toberas de escape). Entonces pueden usarlo como una especie de freno de aire muy pequeño. Las aletas de rejilla también son diminutos frenos de aire.
Como estos no proporcionan suficiente potencia de frenado, simplemente encienden los motores una vez más para cancelar la mayor parte de la energía cinética.
Hobbes
SF.