¿Qué hace que los carenados del siglo XXI sean tan valiosos como para recuperarlos y reutilizarlos?

He leído en la respuesta de @geoff que SpaceX está haciendo algunos experimentos que pueden conducir a la capacidad de recuperación del carenado. De hecho, recuerdo haber escuchado a Elon Musk mencionar hace unos años que se estaba analizando seriamente.

Originalmente no les había dado mucha consideración, y en el fondo de mi cabeza probablemente pensaba en ellos como grandes caparazones de fibra de vidrio que mantenían el viento alejado de la carga útil. Sin embargo, dentro del primer minuto de cada lanzamiento, siempre se menciona max-Q, y en algunos casos de lanzamiento no tripulado, el empuje se reduce durante max-Q específicamente para disminuir las tensiones en el marco del cohete: el empuje empuja hacia arriba en el marco mientras aerodinámico arrastrar el ruido lo empuja simultáneamente hacia abajo. Y la "nariz" que experimenta esta tensión es en realidad el carenado, algo que tiene que separarse en pedazos y despejar el área de manera confiable poco después.

Entonces, me pregunto, ¿qué se incluye en la fabricación de un carenado del siglo XXI que podría hacer que sea lo suficientemente costoso como para recuperarlo y restaurarlo, y luego convencer a un cliente de que va a proteger su carga útil con un carenado usado? ¿Aleaciones caras de alta resistencia? ¿Técnicas de fabricación caras? ¿Sensores y actuadores integrados?

El "Skybox" y el "Atlantis" - seleccionados por sus nombres que suenan SXSE . Los carenados del siglo XXI son mucho más que cofres de techo pasivos para "quitar el viento de las cosas del cliente".

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No puedo recordar en qué casos se reduce el empuje alrededor de max-Q para limitar las tensiones estructurales en el cuerpo del cohete, lo que permite una cierta reducción de peso. Se agradece un comentario o una edición.
Puede estar pensando en la forma en que el transbordador redujo el empuje en el "cubo de empuje" alrededor de max-Q, pero, por supuesto, el transbordador ya no vuela y, de todos modos, no estaba sin tripulación.
No tienen que ser "tan" valiosos. Solo necesitan ser un poco más valiosos de lo que costaría recuperarlos y restaurarlos.
@MarkAdler ¡Redacción mejorada, bienvenida! Es posible que haya usado un poco de licencia SE. Luché con varias variantes; "suficientemente valioso", "suficientemente valioso", se conformó con algo que al menos hizo el trabajo. "¿Por qué la recuperación del carenado podría ser económicamente viable?" simplemente no tiene el mismo dinamismo, ni marca el carenado en sí mismo como mi enfoque central (en lugar de la teoría económica de la rentabilidad).
He hecho esta pregunta de seguimiento .
Si el quid de la cuestión es qué hace que sea "suficientemente caro para recuperar y renovar", esto se puede reducir a: "¿El costo de recuperación y renovación es menor que el costo de fabricación?" Esa es, hasta el momento, una pregunta sin respuesta en la industria y, además, tiene poco que ver con el costo absoluto de fabricación.
@ruief La razón por la que escribí "¿Qué hace que los carenados del siglo XXI sean tan valiosos que ..." es porque el quid de mi pregunta es exactamente eso: el valor del carenado. Si eso no fuera lo suficientemente claro, di varios ejemplos: " ¿Caras aleaciones de alta resistencia? ¿Técnicas de fabricación costosas? ¿Sensores y actuadores integrados ?" He hecho la pregunta que quería que me respondieran.
@NathanTuggy Creo que lo que estoy pensando en mi primer comentario es algo como esto .
@OrganicMarble en este comentario anterior, estoy buscando agregar algo que muestre que el empuje máximo de Q a veces se reduce por razones de estrés puramente mecánico en misiones no tripuladas. Acabo de notar tu comentario aquí . ¿Hay algún lugar donde pueda leer sobre eso?
@uhoh Si el costo de recuperación y renovación es de $ 5000, entonces el carenado no necesita tener ninguno de sus gastos de "ejemplo" para que valga la pena recuperarlo. Si está preguntando sobre el costo absoluto, ¿por qué hacer una pregunta sobre el costo relativo?
@ruief la vida es un misterio! Disfrute de su experiencia de intercambio de pilas.
Imagina un maletín lleno de 6 millones de dólares cayendo del cielo. ¿Intentarías atraparlo?

Respuestas (3)

No es tanto que en pleno siglo XXI sea duro o caro hacer un carenado.

Más bien, son REALMENTE REALMENTE grandes. 13 metros por 4,6 metros.

Dimensiones del carenado Falcon 9Eso es alrededor de 40 pies de largo y 14 pies de ancho. La descripción común es que cabría un autobús escolar. (Algo así como el tamaño de la bahía de carga del transbordador espacial).

Estos deben ser muy livianos, ya que cada gramo/libra de masa es una reducción en la carga útil cargable, pero deben ser fuertes, ya que son la capa aerodinámica alrededor de una carga útil muy frágil a medida que acelera desde un punto muerto al nivel del mar. a Mach 25 (no sé a qué velocidad están, cuando abandonan el carenado, pero el orbital es Mach 25 más o menos) en órbita.

Por lo tanto, las cargas aerodinámicas pueden ser bastante altas. El tamaño es bastante grande. La necesidad de controlar el peso es bastante crítica.

Todos estos elementos conspiran para que cueste lo suficiente como para que importe, que recuperarlo, si es posible hacerlo a un precio suficientemente bajo, es una buena idea.

En términos de construcción real, está mayormente reforzado con fibra de carbono donde sea necesario.

+1, ligero más fuerte = caro. El carenado generalmente se expulsa cuando el vehículo alcanza el régimen de flujo molecular libre, creo.
@OrganicMarble ¿Alguna idea de qué tan rápido o alto es eso?
ISTR es cuando el camino libre medio es mayor que el vehículo. Este documento proporciona el camino libre medio frente a la altitud. ciencia.widener.edu/~svanbram/chem332/pdf/menfpath.pdf
Para su información, dado que el número de Mach se refiere a la velocidad del sonido, a medida que llega a altitudes más altas con presiones más bajas, su velocidad aerodinámica disminuye y debe viajar más rápido para mantener el mismo número de Mach. A la velocidad orbital, en realidad tendrías una velocidad de Mach 0 aunque viajaras a 7,8 km/s. Estuviste acertado con los números aunque.
Acabo de revisar cinco videos y tiempos confirmados con los dossiers de prensa correspondientes; todas las separaciones de carenado están estrechamente agrupadas alrededor de una altitud de 110 km. Si las parcelas en el pdf de @OrganicMarble son correctas, ese es un camino libre medio de 2 centímetros. Sin embargo, utilizando su altura de escala de aproximadamente 8,4 km, la presión es de 2E-06 bar, ¿quizás eso sea lo suficientemente bajo?
@ITBear no, eso está mal. La velocidad del sonido se escala como la velocidad molecular promedio, que se escala como la raíz cuadrada de la temperatura. El efecto de la presión es relativamente pequeño en comparación, hasta que es tan bajo que se detiene la propagación efectiva del sonido.
@uhoh Ah, tienes razón, estoy corregido . La velocidad del sonido depende principalmente de la temperatura. Técnicamente, el sonido necesita un medio para viajar, por lo que una vez que llegue a LEO, ¿su velocidad aerodinámica seguirá siendo cero?
¡Lo siento, te envié por la tangente incorrecta! :(
@OrganicMarble ¡Vivo por las tangentes! Por lo tanto, esta pregunta de seguimiento .
@OrganicMarble ¡Buenas noticias! En lugar de usar la altura de escala simple allí, encontré algunos datos tabulados de la atmósfera estándar de 1976. ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19770009539.pdf En la página 56 muestran la densidad a 110 km de aproximadamente 9.7E-08 de estándar. La impresora multifunción se escala inversamente con la presión, por lo que 70 nanómetros en una atmósfera estándar se convierten en 72 centímetros, no los 3 cm del modelo simplificado, y la impresora multifunción casi se duplica cada 5 km, por lo que básicamente tiene razón, dentro de unos pocos kilómetros.
Un carenado no solo debe ser muy ligero y resistente, sino que también debe ser fiable. Muy malo para la reputación de un lanzador si se pierde una carga debido a una falla en el carenado.
Solo me gustaría agregar que, de los manuales del vehículo de lanzamiento que he leído, se determina el momento en que se desecha el carenado para que el flujo aerotérmico molecular libre permanezca por debajo de 1135 W / m ^ 2

Los carenados son estructuras grandes, hechas de una manera que es difícil de automatizar. La estructura consiste en un núcleo de nido de abeja de aluminio con paneles interiores y exteriores de fibra de carbono laminados sobre él. La fibra de carbono es un material que requiere mucha mano de obra. Luego está la garantía de calidad que hace que todo lo relacionado con los cohetes sea caro.

Los cofres de techo, OTOH son de plástico moldeado por inyección, por lo que toda la carcasa pasa de gránulos de plástico a producto terminado en 10 segundos. Y se fabrican por millones, por lo que es rentable automatizar el proceso.

También es posible que no quieran la publicidad negativa de estos viajes que flotan en la superficie del océano y que son peligros para la navegación o un objetivo para las preocupaciones ambientales. Supongo que son lo suficientemente livianos como para que no se quemen y probablemente solo floten después de golpear el agua.

Hmmm.... nido de abeja de aluminio y fibra de carbono - ¡guau, podrían flotar! Nunca pensé en eso. Teniendo en cuenta que son "del tamaño de un autobús" y que hay dos, y que probablemente estarían bastante bajos en el agua y serían más difíciles de detectar visualmente (y tal vez por radar) hasta que estén bastante cerca, podrían ser candidatos para algún tipo de peligro de navegación.
Así que he preguntado esto .
Parece que encontrarlos en las playas no es tan raro en collectspace.com/ubb/Forum14/HTML/001305.html
¿Qué hace que los carenados del siglo XXI sean tan valiosos como para recuperarlos y reutilizarlos?
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