¿Por qué SpaceX no usaría paracaídas para el descenso final de la primera etapa?

Hay muchos puntos clave para esto, probablemente ninguno por sí solo sea suficiente para deshacerse del enfoque de los paracaídas (excepto la economía, esos son lo suficientemente buenos por sí solos), pero juntos constituyen un caso convincente en su contra;

• control de descenso: Como ya se mencionó, existe una incertidumbre de orientación significativa con el uso de un sistema de paracaídas. Parte de esto proviene del clima en la atmósfera inferior, y parte de la geometría de la etapa de refuerzo y donde se le aplican las fuerzas durante el descenso. Las incertidumbres climáticas significan que tendrá una elipse de aterrizaje de mejor esfuerzo amplia y larga donde se podría recuperar el escenario, y con un rango de clima ligeramente desfavorable, limita aún más sus oportunidades de lanzamiento. Esto podría ser excusable para los esfuerzos de vuelos espaciales tripulados de la NASA (personalmente no comparto esa opinión, STS apenas podría lanzarse debido a todas las restricciones de seguridad que se le imponen, y tales parámetros no parecen impedir tanto el lanzamiento de los rusos) . El otro problema es que no puedes

• Estabilidad estructural : La geometría del escenario, al ser un cilindro largo con su centro de gravedad bajo y cerca de los motores con solo un cierto porcentaje de propulsores restantes, significa que los paracaídas aplicarán fuerza sobre el escenario en el extremo opuesto del mismo mientras su descenso se reduce la tasa. Esto no es óptimo. El despliegue de paracaídas también es bastante violento en términos de fuerzas g máximas alcanzables, incluso durante el despliegue de paracaídas por etapas. Esto podría introducir fuerzas laterales significativas en el escenario si los paracaídas se desplegaran mientras el eje largo del escenario no está alineado con su vector de velocidad. Las etapas de los cohetes no están construidas para resistir mucha fuerza lateral, por lo que pueden permanecer livianas, y la mayoría de las fuerzas asociadas con su lanzamiento y durante la puesta en escena están a lo largo de su eje largo, no lateral.

• Complejidad y confiabilidad del sistema : agregar un sistema complejo adicional de conductos piloto, de arrastre y principales se suma a la complejidad general del sistema ya complejo, lo que aumenta las posibilidades de que algo salga mal. La confiabilidad de los sistemas de descenso de paracaídas y su diseño final y perfil de arrecife también es difícil de establecer sin sacrificar primero una gran cantidad de hardware de vuelo. Este es un proceso bastante tentativo con muchas incertidumbres, y a menos que tenga muchos años de pruebas y desarrollo detrás (como, digamos, el Orión de la NASA que tiene un legado de casi 60 años en el programa Apolo), y puede diseñar su vehículo para soportar cargas estructurales , no es muy probable que lo haga bien para un sistema completamente diferente antes de que se agote su presupuesto.

• Peso (argumentativo): Dependiendo de los paracaídas no se ahorraría mucho peso, si es que lo hubiera. Es un sistema complejo con muchos componentes, que incluyen (pero no se limitan a) el carenado del paracaídas que lo protegería durante el ascenso, la preparación y la parte hipersónica del descenso, el cableado para los paracaídas piloto, rogue y principal y un sistema para cortar las líneas cuando sea necesario. marquesinas y muchos sensores y actuadores adicionales necesarios para que esto suceda. El escenario también requeriría refuerzos estructurales para proporcionar puntos de sujeción del paracaídas y resistir las fuerzas que introducirían en el perfil de descenso. El uso de paracaídas tampoco elimina la salida de órbita, el desgiro/rotación de escenario y los retrocesos de amortiguación de aterrizaje final. Dicho sistema también podría requerir bolsas de aire inflables adicionales para amortiguar las fuerzas asociadas con el aterrizaje.

• Volumen de fabricación: SpaceX está interesado en reducir el precio de los lanzamientos al espacio siempre que sea posible. Serializar los procesos de fabricación y mantenerlos flexibles y fáciles de implementar en futuras mejoras (a menudo mediante la introducción de técnicas de fabricación innovadoras como la fabricación aditiva, también conocida como impresión 3D) es clave para mantener bajos los costos no operativos. Por lo tanto, mientras ofrecen a sus clientes una opción (volar con hardware prescindible y de mayor capacidad y pagar más, o volar con hardware reutilizable y ligeramente menos capaz y pagar menos), lo hacen, o mejor dicho, lo harán, con exactamente las mismas piezas que en lo que a fabricación se refiere. Hay pequeñas diferencias entre F9E y F9R, la mayoría de ellas modulares, como la adición de las aletas de rejilla y las patas de aterrizaje al mismo o casi el mismo escenario. Usar paracaídas en F9R y ningún paracaídas en F9E iría en contra de esa doctrina y requeriría dos etapas diferentes, una reforzada para soportar paracaídas y una versión prescindible y más liviana que no requeriría eso. Entonces tendría dos líneas de fabricación en lugar de una. No económico.

Y hay algunos otros puntos más finos que omitiré para reducir la longitud de esta respuesta. Pero creo que podemos estar de acuerdo en que optar por un sistema que ya es una parte esencial del escenario era la mejor opción.

Hay otra forma de verlo, aunque. El hardware reutilizable tiene una propiedad inherente de que no tiene valor a menos que se demuestre que aún funciona. Por lo tanto, si falla al recuperar la etapa debido a, digamos, una falla del motor de descenso, y no hay suficiente tiempo para compensar con el otro de los nueve motores Merlin 1D porque tampoco se encendió a tiempo, entonces la mayor parte del valor de el hardware que estaba tratando de recuperar es casi inútil de todos modos. La forma exacta en que SpaceX descartará el hardware reutilizable una vez que se pruebe que ya no es adecuado para su reutilización sigue siendo un misterio, pero la falla en la recuperación del escenario sería obviamente una de las formas de hacerlo.

Para obtener más información, consulte también una pregunta relacionada. ¿ Cuál fue la visión original de SpaceX para la reutilización de refuerzos? y también recomendaría Coming Home: Reentry and Recovery from Space (descarga gratuita en formatos EPUB/MOBI/PDF a través de la página de libros electrónicos de la NASA) como libro de referencia general.

Porque la primera etapa del cohete F9 ya tiene nueve motores de cohetes.

¿Por qué un helicóptero no aterriza con paracaídas? Porque tiene motor y alas giratorias. Puede usarlos para despegar, volar y aterrizar. Lo mismo con los motores de cohetes.

La primera etapa del Falcon 9 utiliza 3 encendidos de motor en su trayectoria de aterrizaje:

1. Boostback, para matar su velocidad de avance y regresar en la dirección general de la plataforma de aterrizaje. Esto desacelera la etapa de 5000 km/h a 0, más un poco de velocidad de retorno.

2. Reentrada, para reducir su velocidad al entrar en la atmósfera. Comienza a 45 km de altura, la etapa es supersónica al comienzo de esta quema.

3. Aterrizaje, para dirigir el escenario hacia la plataforma de aterrizaje y acabar con la velocidad restante. Nota: si el motor falla en esta etapa, la trayectoria actual hará que el cohete se estrelle contra el océano. Entonces, ¿de cuánta velocidad restante estamos hablando?

Según la teleconferencia posterior al aterrizaje , los estampidos sónicos llegaron a un punto a 4 millas de la plataforma de aterrizaje aproximadamente al mismo tiempo que aterrizó el cohete. Tomando algunos atajos, eso significa que los estallidos se originaron 20 segundos antes del aterrizaje, o bien en la quema de aterrizaje (que comenzó 30 s antes del aterrizaje ). Entonces, la quema de aterrizaje comienza a una velocidad de 400-500 m/s.

Ahora, si desea reemplazar solo la quema de aterrizaje con un paracaídas, tendrá que hacer algo con esa velocidad inicial. Los paracaídas que funcionan a velocidades supersónicas son raros: los únicos que conozco se han construido para Marte, no para la Tierra. Por lo tanto, debe extender la quema de reingreso para desacelerar el escenario a algo así como 150 m/s.

También necesitaría el paracaídas más grande jamás construido para desacelerar el escenario de 23 toneladas. Este paracaídas pesa alrededor de 1 tonelada.

Entonces, en lugar de un cohete que arde con un delta-V de 500 m/s, obtienes un cohete que arde con un delta-V de 350 m/s (1) más el despliegue del paracaídas más grande jamás construido, más otro cohete que arde para amortiguar el aterrizaje. Esto parece agregar mucha complicación por poco beneficio, especialmente cuando agrega el hecho de que también necesita dirigir ese paracaídas porque su mecanismo de dirección existente (boquilla de cohete más aletas de rejilla) ya no funciona cuando está bajo un paracaídas.
También ha insertado más puntos de falla en el sistema.

Finalmente, los paracaídas añaden mucho trabajo a la restauración del cohete: tienen que ser inspeccionados, embalados cuidadosamente, etc. Y añaden complejidad al aterrizaje: digamos que el cohete aterriza en una barcaza en el océano. El cohete está en posición vertical, pero los paracaídas flotan hacia el agua donde se llenan rápidamente y comienzan a tirar de la parte superior del cohete hacia los lados, amenazando con volcarlo. Tendrías que tener una forma rápida e infalible de desconectar el paracaídas del cohete sin dejar que se hunda en el fondo del océano. Recuerde que la barcaza no está tripulada durante el aterrizaje, por lo que esto debería hacerse automáticamente.

1: suponiendo que la velocidad del cohete al final de la quema de reentrada es de 500 m/s

Los descensos en paracaídas no se pueden guiar con precisión, si abre los paracaídas a gran altura, el escenario se alejaría millas de la plataforma de aterrizaje y el escenario no tendría suficiente combustible residual para tanto movimiento lateral.

Creí haber escuchado a Musk decir que el aterrizaje de un cohete se debió a otra muy buena razón, además de las ya enumeradas:

Práctica/desarrollo para aterrizar grandes masas en la luna, Marte, asteroides, etc.

Sin atmósfera (o poca) significa que los paracaídas simplemente no son una opción, especialmente cuando aumenta la masa que se entrega. Y la masa aumentará mucho con cualquier cosa más allá de la gran cantidad actual de 'drones sensores'.

Si no lo he escuchado, sigo pensando que probablemente sea cierto. Un proveedor con una solución comprobada para el aterrizaje de cohetes está en el palco de la próxima generación de carga espacial. Como si Musk no lo supiera...

EDITAR: Dicho de otra manera, este es un caso de 'reutilización de diseño'. Haga que este diseño funcione bien en la Tierra, y se puede llevar a otros destinos fuera de la Tierra con ajustes relativamente menores (principalmente a escala). - Menor en comparación con el cambio total del paradigma de aterrizaje.

Si usó un paracaídas de caída que es lo suficientemente grande como para reducir la velocidad del vehículo pero lo suficientemente pequeño como para no inducir la deriva, puede desecharlo antes de aterrizar con potencia de refuerzo.

Nadie ha mencionado la violencia de un cohete caliente golpeando el agua en un ángulo extraño. Los cohetes son delicados. El agua es pesada. La fuerza de su chorro a través de las grietas probablemente arrancaría cables y tubos. Existe el peligro de que cortocircuite. Soplaría vapor de las boquillas. Es salado, es sucio. Penetraría cada parte del cohete que no estaba sellada. Entraría en la cámara de combustión. ¿Qué sucede si deja caer su automóvil al mar desde unos 15 pies? Creo que necesitaría más reparación que simplemente secarlo.

Los sistemas de paracaídas confiables para la recuperación de naves espaciales han existido y se han utilizado con éxito durante décadas, por lo que todos los comentarios de "los sistemas de paracaídas son demasiado complejos y poco confiables" no tienen mucho sentido. Sería más difícil aterrizar en una plataforma con paracaídas, pero ¿por qué tendrías que hacerlo? Una nave espacial aterrizada y flotando dentro de un área de cien millas cuadradas del océano puede equiparse fácilmente con transpondedores GPS y ubicarse mediante una embarcación equipada para recuperar los propulsores. La nave espacial Apolo aterrizó constantemente a unas pocas millas de sus naves de recuperación, por lo que es muy factible. Los comentarios sobre la necesidad de un encendido retro para reducir la velocidad de la nave antes del despliegue del paracaídas tampoco se registran. Hay muchas maneras de reducir la velocidad de una nave espacial que está reingresando a la atmósfera que no requieren un encendido de frenado. La resistencia atmosférica es gratuita y más que suficiente para reducir la velocidad de una nave de este tipo a una velocidad segura de despliegue del paracaídas si la nave está diseñada correctamente (nuevamente, la tecnología requerida para hacer esto está bien desarrollada y es confiable). Los SRB aterrizados en el océano asistidos por paracaídas para el transbordador espacial se reutilizaron con éxito varias veces en el transcurso del programa. Se ha hecho. Funciona. La razón por la que Spacex aterriza sus propulsores en plataformas flotantes automatizadas es que Elon Musk piensa que es genial. Eso es todo. La razón por la que Spacex aterriza sus propulsores en plataformas flotantes automatizadas es que Elon Musk piensa que es genial. Eso es todo. La razón por la que Spacex aterriza sus propulsores en plataformas flotantes automatizadas es que Elon Musk piensa que es genial. Eso es todo.