¿Podría un Falcon 9 alcanzar la órbita con una persona pegada al exterior?

Disculpas por hacer una pregunta tonta, pero la voy a hacer de todos modos... Estaba viendo un video musical en el que la cantante pega con cinta adhesiva a su ex al lado de un cohete para exiliarlo al espacio, y me hizo preguntarme. -- si alguien colocara a una persona en el exterior del cohete (o, si prefiere menos crueldad en su hipótesis, una masa con forma y tamaño de persona aproximadamente), ¿podrían los sistemas de control del cohete compensar y seguir alcanzando (aproximadamente) su órbita prevista? ¿O sería suficiente desequilibrio para que el cohete perdiera el control de su trayectoria? Para mi hipotético, suponga un cohete Falcon-9 o similar, y que la cinta adhesiva es lo suficientemente fuerte para sostener :)

La respuesta fácil es no para un falcon 9, ya que los carenados se desechan mucho antes de la órbita, por lo que alguien grabado allí regresará con ellos.
Sin embargo, ¿no están los carenados solo en la parte superior del cohete? Además, me imagino que muchos de los problemas serían de naturaleza aerodinámica y, por lo tanto, causarían problemas mucho antes de que se expulsaran los carenados.
la guía del usuario de falcon 9 spacex.com/media/falcon_users_guide_042020.pdf proporciona la altura permitida para el C de G pero no el desplazamiento lateral permitido de C de G.
La nota sobre los carenados fue una respuesta definitiva de 'no', mi intuición es la misma que la tuya de que las cargas de arrastre y la masa descentrada significarán que esto no funciona, pero demostrar que es complicado: el transbordador espacial demuestra que puedes volar cargas asimétricas si tiene suficiente autoridad de control pero no cree que SpaceX haya proporcionado suficientes datos públicos para hacer una respuesta matemática adecuada.
Ni el video ni la pregunta mencionan el carenado, y estoy 99.44% seguro de que los motores tienen la autoridad de control para manejar el desplazamiento del CG. Déjame hacer los cálculos...
Oye, la cinta adhesiva sirve para todo lo demás, ¿por qué no esto?
Mi principal preocupación serían los golpes aerodinámicos durante max-q, resultantes del novio muy poco aerodinámico que incide en el flujo de aire supersónico. Las paredes laterales de un cohete son bastante delgadas y un impacto supersónico asimétrico podría ser un mal día.
En cuanto al centro de gravedad: ningún problema en absoluto. la primera etapa Falcon9 puede manejar un peso repentino (¡pérdida de empuje, lo mismo!) de 60 toneladas, con un brazo descentrado de 1,4 metros, y continuar con una sonrisa. En la segunda etapa, el cardán del motor de 8,5 grados podría manejar un elefante colgando del costado. Preocúpese por la masa añadida, no por la interrupción del CdG.
Sabía que el traje espacial de cinta adhesiva no era una maravilla de un solo golpe
No sabía que el ex de Alison Goldfrapp era Jebediah Kerman...
Me pregunto si se puede sobrevivir al viaje, en un traje espacial. El ascenso es corto, por lo que cualquier calor se puede manejar con un poco de relleno modesto.
De hecho, hice una pregunta sobre la capacidad de supervivencia.
¿Fuente @PcMan para un rango de cardán de 8.5 grados?
¡Pero pero pero el título de la pregunta era sobre pegamento! La cinta adhesiva cambia la ecuación por completo y naturalmente convierte un escenario absurdo en pura practicidad XD

Respuestas (1)

Para el Falcon 9, el peor de los casos debería estar cerca del final de la quema de la segunda etapa, cuando la masa del ex de Alison Goldfrapp es mayor en relación con la masa restante del cohete, y solo hay un motor disponible para dirección, con un brazo de momento relativamente corto entre el cardán y el centro de gravedad.

Supongo que no estamos lanzando ninguna carga útil que no sea ex novio. La masa seca del escenario no se conoce con precisión, pero se acerca a los 4000kg; el carenado de carga útil es de unos 1700 kg . El escenario mide 12,6 m de largo; supongamos por simplicidad que el ex-novio está montado a la misma altura que el centro de gravedad normal y pesa 100 kg, contribuyendo con 0.0172 de la etapa de masa total. Esto mueve el CG proporcionalmente; suponiendo que el CG esté normalmente centrado, el CG se desplazará unos 31 milímetros hacia nuestro invitado especial.

Sin embargo, no sé con precisión a qué altura del cardán del motor está el CG normal. El motor contribuye con alrededor del 10-15% de la masa (el Merlin 1D pesa ~ 470 kg, pero la versión de vacío en la segunda etapa agrega una extensión de boquilla grande (pero de paredes delgadas) de la que no sé la masa) y el resto de la masa debe distribuirse de manera bastante simétrica en la parte sobre el motor, por lo que la misma lógica de distribución proporcional sugiere que el CG estaría a unos 4 metros sobre el plano del cardán.

El ángulo de cardán necesario para alcanzar un CG descentrado de 31 mm a una distancia de 4 metros es de aproximadamente 0,43º. Siempre que el motor pueda girar hasta aquí, puede mantener la línea de empuje apuntando a través del centro de gravedad desplazado, y mientras pueda girar unos pocos grados más que eso, puede dirigirse de manera eficiente hacia cualquier trayectoria sensible.

Nunca he visto una fuente para el rango de cardán de los motores Merlin, pero ciertamente son varios grados, probablemente más de 5º en cualquier dirección. Este punto del peor de los casos, cuando la segunda etapa está quemando lo último de su propulsor, también sucede cuando se necesita la menor autoridad de dirección: la etapa es liviana y la presión atmosférica es cercana a cero. A lo largo del resto del vuelo, el CG estará más cerca de la línea central, lo que requerirá menos desviación del cardán, por lo que deberíamos tener mucha autoridad de control durante todo el vuelo.

El antiguo amante de Alison interferirá un poco con la aerodinámica, produciendo algo de resistencia adicional y creando algunos efectos de ondas de choque supersónicas que podrían causar fallas estructurales, pero creo que esto se puede mitigar usando cinta adhesiva adicional para crear un carenado suave.

Por lo tanto, creo que el peso muerto que la Sra. Goldfrapp está tratando de deshacerse irá al espacio hoy .

Mientras estamos en este agujero de conejo: ¿tener una carga útil haría esto aún más fácil, ya que la masa del polizón sería una proporción menor del total?
La carga útil adicional reduciría el desplazamiento del CG, sí. Creo que el problema de la resistencia es una preocupación mayor que la masa desequilibrada, por lo que me inclino a dejar fuera la carga útil, aunque, por supuesto, F9 puede enviar fácilmente cargas útiles de varias toneladas a GTO, y OP no especificó una órbita de destino.
Además, la segunda etapa tiene RCS y apuesto a que se activa si el cardán es inadecuado; pero no llegará a la parte "vacía" porque sin otra carga útil, entrará en órbita con mucho combustible restante, no menos de 4 km / s de delta v.
También está el problema de la integridad de la cinta adhesiva: el arrastre representa una fuerza que aleja la cinta adhesiva del cohete y, en gran medida, la potencia que se utiliza para calentar la cinta adhesiva.
OP estipuló que asumimos que la cinta adhesiva se mantiene.
@Joshua Eso depende de la carga propulsora y la órbita de destino. No tiene sentido tirar una gran cantidad de queroseno perfectamente bueno.
@RussellBorogove: SpaceX siempre se carga por completo.
Me complacería presentar una lista de candidatos para el puesto de contrapeso.
Uno debería programar un complemento ex-bf, por así decirlo, para Kerbal Space Program que pueda simular lo que le sucede al cohete, ¡y al bf!
¡Algún día voy a usar "mitigado mediante el uso de cinta adhesiva adicional" en un informe técnico! :-)
"Supongo que no estamos lanzando ninguna carga útil que no sea un ex novio". Una suposición totalmente inválida.
@Peter-ReinstateMonica meh. Lo he hecho con una viga de 250 kg/2 m que sobresale de un cohete KSP simétrico. Hace que el control sea un poco raro, especialmente cerca de mach1, pero de ninguna manera es un problema insuperable, incluso con las reglas de RealSolarSystem. Sin embargo, afecta la eficiencia del cohete, entre la masa agregada y la pérdida de arrastre y coseno debido al cardán extremo necesario para equilibrarlo, perdí alrededor de 1 km / s delta-v, en una carga de 5t. Fuera de proporción con la masa solamente.
@RonJohn: se eligió esa suposición para explorar el peor de los casos. Si lleva unas pocas toneladas de carga útil, probablemente pueda redistribuirla convenientemente para que el cohete no se desequilibre en absoluto.