¿Qué fuerzas G causan los diferentes lanzadores?

Es necesario echar un vistazo a los manuales de LV (consulte esta meta publicación para ver los enlaces a los PDF reales).

Por ejemplo, Ariane 5 tiene el siguiente perfil de aceleración longitudinal:

Minotauro I:

La aspereza del viaje varía mucho, desde misiles balísticos intercontinentales que apuntan a la máxima aceleración en el lanzamiento hasta pasajeros suaves y pesados. Esto incluye tasas de tirones, vibraciones a varias frecuencias, perfiles de aceleración lateral. Algunos lanzadores sufren el problema del pogo, algunos experimentan aceleraciones laterales y axiales inesperadamente altas en la separación.

Y sí, la elección de los vehículos de lanzamiento puede verse limitada por las cargas que puede soportar el equipo. A veces, el diseño del propio equipo/nave espacial (como un trabajo a medida, no me refiero aquí a plataformas satelitales producidas en masa) coevoluciona con la selección del vehículo de lanzamiento (para evitar las frecuencias de vibración más peligrosas, por ejemplo).

Hay una serie de entornos estresantes a los que se someten las cargas útiles durante el lanzamiento de un cohete, y las cargas g, a menudo denominadas cargas/aceleraciones cuasiestáticas, son solo uno de ellos y, a menudo, no son los más estresantes. Otros entornos clave incluyen:

• vibración aleatoria
• choque
• térmico
• acústico

Estos entornos difieren mucho entre los vehículos de lanzamiento y, por lo general, se publican en las guías del usuario de carga útil como guía general y se proporcionan a una carga útil durante el proceso de integración de los sistemas de lanzamiento, donde se establece la compatibilidad de la carga útil y el cohete.

Por lo general, se utiliza una combinación de prueba y análisis para garantizar que la carga útil pueda sobrevivir en los entornos y puede ser una de las partes más costosas y que consumen más tiempo en el desarrollo de una nave espacial.

Cargas cuasiestáticaspueden pensarse como aceleraciones constantes. Son el resultado de la aceleración masiva de todo el cohete, así como de la contribución de cualquier vibración aleatoria significativamente por debajo de la frecuencia natural de la carga útil, donde responderá como un cuerpo rígido. Las cargas QS normalmente se especifican como axiales (a lo largo del eje central del vehículo) y laterales (perpendiculares a axiales). Las cargas axiales tienden a ser más altas en el agotamiento de la etapa, justo antes de los eventos de separación. Por lo general, varias g son, por encima de 10 no es raro. Los vehículos están diseñados con factores de seguridad, por lo que es posible que un vehículo deba soportar, por ejemplo, más de 20 g de aceleración. Las g laterales generalmente son impulsadas por cargas aerodinámicas u otras maniobras del vehículo.

La vibración aleatoria generalmente se representa como una función de densidad espectral de potencia, que es una visualización de la energía vibratoria en el espacio de frecuencias (por ejemplo, una transformada rápida de Fourier de la vibración aleatoria de la historia del tiempo), y como un gRMS (g, raíz cuadrada media) valor. Estos son a menudo los entornos más estresantes porque la amplificación en frecuencias naturales específicas puede dar como resultado que la carga efectiva en ciertos lugares del vehículo sea equivalente a muchas decenas de g (he visto cosas tan altas como 70 u 80 g fácilmente).

El choque también se representa como PSD, pero a frecuencias mucho más altas que RV. Las cargas de choque son el resultado de eventos como la separación del escenario o del carenado y son causadas por cosas como pernos explosivos. Da como resultado un timbre de alta frecuencia a través del sistema. Las estructuras tienden a ser menos susceptibles a los golpes que las cargas RV o QS, pero pueden matar los mecanismos, la electrónica y los instrumentos finamente calibrados (incluida la óptica).

Acústica es carga de sonido. Tiende a poner energía en áreas grandes, estructuras livianas como paneles o antenas. Excita estas estructuras que alimentan vibraciones aleatorias al resto de la estructura.

Los entornos térmicos pueden ser extremos debido al calentamiento del carenado durante el ascenso, que luego irradia la carga útil.

Para complementar las otras respuestas (y quizás de interés histórico) , aquí hay un perfil de aceleración de lanzamiento del transbordador espacial.

Las etiquetas de los segmentos corresponden a los siguientes eventos/fases:

A: despegue a aceleración

B: aceleración para presión dinámica máxima

C: acelerar hasta el inicio del agotamiento de SRB

D: agotamiento de SRB y separación

E: ajuste constante del acelerador del motor principal con la hélice ET apagada

F: los motores principales se reducen para mantener el límite de diseño 3G

G: corte del motor principal y ET sep

Re: vibración, todas las cuentas dicen que la vibración de los SRB fue lo suficientemente significativa como para dificultar la concentración en los instrumentos. Después de la separación de SRB, el viaje fue mucho más suave.