¿Habría costado mucho estabilizar la etapa de regreso del CRS-6 de SpaceX para que aterrizara bien?

Mirando este video bastante impresionante de la primera etapa del CRS-6 casi regresando a la barcaza, parece que si algo hubiera podido estabilizarlo un poco, habría estado bien. Los chorros de actitud son visibles disparando en el extremo superior del escenario a los 6 segundos del video. ¿El vuelco apunta a un problema con los controles de actitud, o simplemente una cuestión de refinarlos?

En algún momento de la tarde del aterrizaje, Musk intercambió algunos tuits con John Carmack que sugerían que habían determinado que la respuesta lenta de la válvula de aceleración ("estática de la válvula") en los chorros de actitud (las bocanadas blancas en la parte superior del escenario) estaba causando "retraso de fase" (es decir, respuesta tardía de la dirección, lo que lleva a un exceso y oscilación en el control de actitud). Esos tweets parecen haberse eliminado desde entonces, tal vez Musk habló demasiado pronto, por lo que no puedo vincularlos, pero sugirieron que Musk pensó que esto se podía resolver en el escenario.
entonces, ¿no hay razón para pensar que tienen poca potencia o que podrían necesitar ayuda? Estoy pensando que debería editar de nuevo para que esos sean el foco... tal vez...
Bueno, estoy infiriendo mucho de las declaraciones que Musk decidió que no deberían ser públicas en este momento, pero sí, mi impresión es que creen que este es un problema de control/orientación que se puede resolver sin agregar ningún elemento activo adicional al sistema. Puedes ver el propulsor de actitud valientemente tratando de sostener la cosa desde el minuto 0:10 en adelante en el video, y casi lo logra.
@RussellBorogove Voy a agregar señalando los chorros de actitud, porque no elegí lo que eran, pensé que eran esas aletas de rejilla.
Definitivamente me pareció una oscilación divergente. ¡Tal vez deberían agregar algunos giroscopios como en los libros de Heinlein para que el cuerpo pueda permanecer vertical cuando el motor gira!
SpaceX tiene un historial de pensar que las cosas serán más fáciles de lo que son. Después de todo, si un grupo de funcionarios ignorantes y contratistas con precios excesivos pueden hacerlo, SpaceX puede hacerlo más barato, mejor y más rápido. Lo siento. Sí, Virginia, es ciencia espacial. La arrogancia ataca de nuevo, esta vez con fuerza: "Nosotros, el halcón, golpeó la barcaza".
Dejando a un lado mi comentario sarcástico anterior, creo que SpaceX tiene las cosas correctas, tal vez más que nadie.
No creo que piensen que es fácil en absoluto. Después de CRS-4 (?), Musk dijo algo como "la próxima vez, con suerte, explotará por una razón diferente" y antes de este lanzamiento estimó <50% de posibilidades de éxito. Eso suena como un punto de vista extremadamente realista. Mientras tanto, como señaló otra persona, un F9 reutilizable fallido sigue siendo un F9 prescindible exitoso.
Además, me equivoqué un poco con los tweets: Musk llamó a una válvula de mariposa biprop lenta (es decir, presumiblemente, el motor principal), no a una válvula de chorro de actitud.

Respuestas (3)

Si vuelve a ver el video, verá que el motor principal está girando, es decir, cambiando el ángulo al que apunta. Pasa por algunos barridos mientras intenta corregirse a sí mismo.

Hay un problema bien conocido en física, el problema del "péndulo invertido", donde un cuerpo puede mantenerse con su extremo superior vertical, simplemente controlando el movimiento de su extremo inferior. (Pruebe esto en casa equilibrando el mango de una escoba). Esto se hace aquí mediante desviaciones laterales del motor principal.

Además, están los propulsores de gas en la parte superior que pueden ayudar. (Sospecho que estos ayudan en los vientos cruzados, pero no estoy seguro).

Lo que parece estar mal aquí es el motor principal: su ángulo de puntería salió mal o no mantuvo el empuje correcto mientras estaba en ángulo, lo que provocó que el extremo inferior comenzara a corregir.

Respuesta corta: necesitan trabajar un poco más en el software y en la comprensión del comportamiento dinámico del sistema (posiblemente incluyendo el comportamiento no lineal en el motor del cohete). El cohete probablemente ya tiene todo lo que necesita para funcionar.

El problema se debió a la fricción estática en el BFV de la primera etapa... la contabilidad del retraso del control no se implementó por completo en el algoritmo de aterrizaje.
Sí, Elon tuiteó algo sobre la fricción estática de las válvulas, pero en realidad no lo explicó... Creo que su tuit significa un error en el empuje del motor, y no en la orientación, pero preferiría esperar a que surja una explicación más completa, que es por qué no quería citar esto. :)
El video parece mostrar que el cohete se sobrecompensa, la última parte de la combustión del motor principal tenía demasiado empuje (la válvula se quedó abierta, presumiblemente). Debido a que el motor tenía un cardán, esto resultó en una velocidad lateral cuando el cohete aterrizó.

Si ignora el motor en el video y, en cambio, observa el cuerpo del F9, verá que pasa por más de un ciclo completo de oscilación (en sentido contrario a las agujas del reloj, en el sentido de las agujas del reloj, en el sentido contrario a las agujas del reloj), y esas oscilaciones parecen aumentar en amplitud. medida que se acerca al suelo.

Un movimiento como ese no es típico de un aterrizaje controlado.

Por lo tanto, en el improbable caso de que el F9 lograra evitar un vuelco, habría sido por pura suerte, porque la tendencia era perder el control, no recuperarlo.

Hasta que se publique más información sobre qué causó la pérdida de control, no es posible decir qué habría salvado este intento de aterrizaje en particular.

El problema informado es que las válvulas que controlan el Merlin 1D tenían cierta fricción interna (Stiction) que significaba que respondía lentamente a las solicitudes de la computadora. Se ordenó corregir de una manera, fue lento, por lo que se corrigió en exceso. La computadora ordenó una corrección para solucionarlo, fue lenta, corrigió en exceso al revés. Hasta que entró como ves.

¿Habría costado mucho estabilizar la etapa de regreso del CRS-6 de SpaceX para que aterrizara bien?
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