Надежность многоразовых ракет

[bytebuster]

// Просте, але фундаментальне пояснення, чому Ілон Маск поклав край московському космосу.

Originally posted by grzegorz_b at Надежность многоразовых ракет

Это именно то, что я в каментах безуспешно пытался пояснить ватникам. Что Маск намедни похоронил расейскую космонавтику.
То есть Королев ее, космонавтику бишь, родил (запустив болванку, собачку и кацапа), а после развала кацапы ее убили. И помешали другим при этом. Рузьке мир он такой.

Originally posted by don_katalan at Надежность многоразовых ракет

Originally posted at Надежность многоразовых ракет
В комментах к моему предыдущему посту на эту тему и в нескольких других блогах была оживленная дискуссия - будут ли многоразовые ракеты SpaceX достаточно надежны. ИМХО многоразовые ракеты не только будут надежными, они скорее всего будут более надежны чем существующие одноразовые ракеты.

Дело в том что у почти всех систем (автомобилей, самолетов, компьютеров и т.п.) кривая вероятности отказов выглядит приблизительно так:

Синей линией показана зависимость вероятности/частоты отказов оборудования от времени. В начале эксплуатации частота отказов выше, потому что вылазят всякие заводские дефекты (материалов, сборки и т.п.) - красная линия. Потом, в конце срока эксплуатации увеличивается рост отказов из-за износа - желтая линия. И ко всему этому добавляются случайные отказы - зеленая линия. В результате сложения этих всех факторов (синяя линия) вероятность отказов поначалу высокая, вскорости после начала эксплуатации она падает и остается на минимуме бОльшую часть жизни системы, и к концу эксплуатации частота отказов повышается.

Проблема обычных (однразовых) ракет в том что они все находятся на самом первом шаге этого процесса - и вероятность отказа высокая. А многоразовая ракета как раз бОльшую часть своей эксплуатации будет находится в среднем участке кривой.

Но это еще пол-беды. Что еще хуже - это то что одноразовые ракеты невозможно полноценно протестировать.

Представьте себе мысленный эксперимент. Что если новенький самолет, например - Боинг 777, без тестовых полетов, после сборки сразу же загрузили бы топливом на полет через океан, загрузили полный салон пассажиров и запустили?

А ведь ситуация с одноразовыми ракетами именно такая - первый полет ракеты это же ее последний полет. Одноразовую ракету просто невозможно погонять на тестовых режимах, полетать на небольшой высоте чтобы выявить возможные проблемы и отказы - одноразовая ракета должна полететь сразу на максимальной нагрузке и отказы тут совершенно недопустимы.

Это пытаются конечно компенсировать многократным тестированием отдельных агрегатов (тестируют и двигатели, и баки, и электронику и т.д.), это помогает несколько повысить надежность (ценой больших затрат), но все равно - надежность ракет на порядки ниже чем у самолетов, автомобилей и прочих машин.

...
Многоразовые ракеты решают эту проблему - причем решают полностью. Многоразовую ракету можно погонять на тестовых режимах, можно даже полетать над тестовым полигоном (на четверти заправки, без второй ступени и без полезной нагрузки), на пару километров - просто проверить двигатели и системы. При таком тестовом полете даже если что-то выйдет из строя, то скорее всего ракета сядет обратно - для ремонта (хоть на одном двигателе), а главное - к моменту эксплуатационного запуска надежность уже будет не в пример выше.

И в худшем случае, если был какой-нибудь катастрофический отказ - то упадет только первая ступень на тестовом полигоне, без дорогостоящей полезной нагрузки или людей, так что потери будут не слишком большими. Но главное - к моменту настоящего полета ракета будет полноценно протестирована.

Естественно чтобы действительно получить высокую надежность надо еще и спроектировать ракету вполне определенным образом - нужно дублирование систем и возможность безопасной посадки при частичных отказах. Фалкон-9 сделан именно так - двигателей там аж 9 штук, так что при отказе отдного двигателя ракета вполне может продолжать полет, другие системы тоже наверняка дублированы. А для посадки нужен вообще всего один двигатель.

...
Маск недвано вполне конкретно высказался на тему надежности - он говорит что сама ракета (корпус, баки и т.п.) вообще не имеют никаких ограничений на количество запусков, а двигатели рассчитаны на 40 полетов. Потом двигатели нужно будет снимать и менять часть элементов.

В принципе это абсолютно аналогично обычным самолетам. Планер и корпус современных самолетов служит десятки лет (Б52 вообще уже по 50 лет летают), но ресурс реактивных двигателей ограничен и двигатели снимают на переборку после 20,000-30,000 часов. Плюс плановый осмотр и проверка через несколько сотен часов.
Но это современные двигатели так долго работают, движки Конкорда из 70х нужно было перебирать после всего 300 часов (!) работы. На этом фоне переборка/замена двигателей после 40 запусков у SpaceX выглядят вполне ОК.

А со временем и ресурс двигателей увеличится - это дело техники и времени. Реактивные двигатели на Me-262 (первый серийный реактивный самолет) работали всего несколько десятков часов до кап ремонта. Потом технология улучшилась и сейчас уже достигла десятков тысяч часов.

Так что думаю что с многоразовыми ракетами все реалистично, и надежность даже повысится.

This entry was originally posted at http://don-katalan.dreamwidth.org/1312811.html.