Una de las cosas que llamó la atención de mi grupo local de observadores de cohetes con el lanzamiento del Falcon 9/Crew Dragon es la velocidad percibida del proceso de lanzamiento real. Hemos estado condicionados durante años a esperar que los lanzamientos de cohetes enciendan los motores, y luego hay una brecha fácilmente perceptible entre eso y el movimiento del cohete, y toma una cierta cantidad de tiempo para despejar la plataforma, pero casi literalmente parece que Falcon enciende sus motores. y salir de la torre significativamente más rápido de lo que cualquiera de nosotros esperaba.
Suponiendo que uno de los factores principales es el peso del vehículo, ¿qué otras cosas en el diseño, la tecnología y el proceso de lanzamiento de Falcon significan que su tiempo percibido entre "en la plataforma, condensando vapor" y "despejado de la torre" es mucho más corto que la mayoría de los otros ejemplos de cohetes que hemos visto? (A modo de comparación, he visto el lanzamiento de Falcon Heavy, y aunque es un poco más lento, no es mucho).
Aparte de la relación empuje/peso, sospecho que al menos parte de este condicionamiento provino de una peculiaridad del transbordador espacial y su proceso de lanzamiento.
El proceso de lanzamiento del transbordador espacial fue diferente porque tenía dos tipos diferentes de motores encendidos en el momento del lanzamiento. Sus motores principales de combustible líquido (montados en la parte posterior del propio orbitador) se encendieron varios segundos antes de t = 0. En este punto, su empuje era menor que su peso (¡y toda la pila aún estaba atornillada a la plataforma!) por lo que no se movió (bueno, no hacia arriba, al menos). En t = 0, sus propulsores de cohetes sólidos (SRB) se encendieron y las tuercas de los pernos de sujeción se quemaron y luego comenzó a moverse casi de inmediato, ya que su empuje era muy rápidamente significativamente más grande que su peso una vez que los SRB comenzaron a disparar.
Falcon 9 tiene solo un tipo de motor en su primera etapa y todos se encienden aproximadamente al mismo tiempo. Tan pronto como aceleran, el empuje rápidamente se vuelve mayor que el peso de la pila y el cohete comienza a moverse.
La mayoría de los cohetes en realidad funcionan más como el Falcon que como el transbordador espacial, con todos los motores de la primera etapa siendo del mismo tipo y encendidos simultáneamente. La combinación del transbordador espacial de sus motores principales de combustible líquido y propulsores de combustible sólido en su primera etapa significaba que los motores de combustible líquido tendrían que encenderse antes que los SRB para acelerar y estar listos para equilibrar el momento de lanzamiento. de los SRB una vez que comienzan a disparar.
Al encenderlos antes que los SRB, también es posible apagar los motores principales de combustible líquido y cancelar el lanzamiento si algo sale mal durante su encendido. Sin embargo, una vez que se enciendan los SRB, el cohete irá a alguna parte . Si se encienden y los motores principales no funcionan correctamente, el lugar al que va no será el lugar al que usted quiere ir y no irá al espacio hoy.
Con Falcon 9, no hay que preocuparse por los SRB. Si uno de los motores Merlin no se enciende, pueden simplemente apagar los otros rápidamente y abortar el lanzamiento. Probablemente todavía no vayas al espacio hoy, pero al menos todavía tienes un cohete (y carga útil) y puedes volver a intentarlo más tarde.
Lo que está viendo es una consecuencia de la relación empuje a peso en t = 0.
Si el vehículo pesa, digamos, 6,5 millones de libras (ejemplo de Saturno V) y tiene un empuje de 7,9 millones de libras, entonces tiene un empuje por peso de aproximadamente 1,2, por lo que será un poco lento, pero cada momento después de 0, el combustible es se quemó muy rápido y la pila se vuelve más liviana, pero el empuje sigue siendo el mismo. Así se acelera. Si T/W es menor que 1, no irá a ninguna parte en el ejemplo del cohete.
En el artículo vinculado sobre T/W muestra aviones con valores mucho menores que 1, pero está bien, ya que vuelan por sustentación aerodinámica. (Los aviones de combate F-15/F-22 tienen T/W > 1, lo que significa que pueden volar hacia arriba, sin necesidad de 'alas', lo que hacen en los espectáculos aéreos y es bastante épico. (Sí, necesitan las alas, sí sigue siendo un vuelo aerodinámico, pero podrían acelerar hacia arriba solo con empuje)).
La quema de combustible afecta tanto el T/W que la mayoría de los vehículos reducen la velocidad cuando alcanzan Max-Q en el momento de máxima presión aerodinámica y luego vuelven a acelerar o permanecen en el nivel más bajo. Esto protege al vehículo de estrés innecesario cuando golpea la atmósfera de baja densidad a altas velocidades. Una vez por encima de ese punto, el aire se diluye lo suficiente como para no importar.
Para un Falcon 9, la masa en el lanzamiento (depende de la carga útil, pero los números generales están bien) es de aproximadamente 1,2 millones de libras con un empuje de aproximadamente 1,7 millones de libras. Así, una relación T/W de aproximadamente 1,4. Entonces parecerá despegar más rápido que un Saturno V.
El artículo T/W dice que un transbordador espacial tiene T/W de 1.5 en el lanzamiento, lo cual es bastante bueno. Estaba buscando una lista mejor porque sé que hay un refuerzo que tiene un T/W realmente alto y parece saltar de la plataforma.
Además de la relación empuje-peso, en términos simples, los motores de Falcon (Merlin) se encienden mucho más rápido que otros motores. El transbordador espacial tenía SRB que se enciende relativamente rápido, pero los motores principales tardaron un tiempo en ponerse en marcha y ponerse en marcha, así como en calibrarse. El SSME comenzaría a encenderse mucho antes de T = 0 por dos razones, la primera debido a este tiempo de inicio y la segunda por seguridad porque una vez que los propulsores de cohetes sólidos comenzarían, no se pueden apagar (a diferencia del SSME).
También puede notar que los SRB en el transbordador también tardaron un momento en iniciarse. Esto se debe a que el encendedor estaba en la parte superior del SRB y la llama tardaría un tiempo en propagarse a través del SRB y luego desarrollar una presión de cámara lo suficientemente alta. Esto se debe en parte al enorme tamaño de los SRB, muchos sistemas de misiles como Hellfire usan SRB para impulsar y es casi instantáneo. Esos parecen casi desaparecer desde su punto de lanzamiento. (Nuevamente, estos sistemas de misiles a menudo tienen además relaciones T/W de más de 2 y algunos más de 10).
Hay muchos otros cohetes que salen de la plataforma relativamente rápido, pero los motores Merlin del Falcon fueron diseñados específicamente para poder arrancar y detenerse rápidamente para su reentrada y aterrizaje, por lo que parecen particularmente notables en la rapidez con que parecen despegar. . Hay una razón final por la que puede parecer así: la columna de humo del halcón no es tan dramática como la de los transbordadores u otros cohetes grandes, por lo que el tiempo entre el arranque y el despegue no es tan obvio. Echa un vistazo a algunos cohetes de primera etapa LOx LH2 como el Delta IV y también parece mucho más rápido.
glen yates
adam barnes
tom w
Mármol Orgánico